JP6045100B2 - Blood flow measurement device - Google Patents
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Description
本発明は、血流量測定装置に係り、特に、レーザー光を使用して生体組織の血流量を計測するレーザー血流計の測定精度を向上させる技術に関する。 The present invention relates to a blood flow measurement device, and more particularly to a technique for improving the measurement accuracy of a laser blood flow meter that measures the blood flow of biological tissue using laser light.
生体組織の血流状態を測定する機器として、レーザー血流計が臨床医学や予防医学、スポーツ医学などの分野において今日広く利用されている。このレーザー血流計は、レーザー光を生体組織に照射して生体組織内で散乱されたレーザー光の一部を受光し、光電変換した後に演算処理することで生体組織の血流量を算出するものである。 As a device for measuring the blood flow state of a living tissue, a laser blood flow meter is widely used today in fields such as clinical medicine, preventive medicine, and sports medicine. This laser blood flow meter calculates the blood flow volume of a living tissue by irradiating a living tissue with a laser beam, receiving a part of the laser light scattered in the living tissue, performing photoelectric conversion, and performing arithmetic processing. It is.
生体に照射されたレーザー光は組織内で何度も散乱し、その一部が血管を流れる赤血球によって散乱され、周波数変調される。赤血球に到達する前にレーザー光が生体組織で散乱されるために赤血球に照射される角度は一定ではなく、さらに微小循環血流の流れ方向も一方向ではないことから、光電変換後の信号のパワースペクトルは図10に示すように周波数に関し広がりを持つ。 The laser light irradiated on the living body is scattered many times in the tissue, a part of which is scattered by the red blood cells flowing through the blood vessels, and is frequency-modulated. Since the laser light is scattered by biological tissue before reaching the red blood cells, the angle at which the red blood cells are irradiated is not constant, and the flow direction of the microcirculatory blood flow is not one direction. The power spectrum has a spread with respect to frequency as shown in FIG.
図9はこのような従来のレーザー血流計における組織血流量の演算過程を示すブロック図である。同図および下記式1に示すように従来の血流計では、レーザー光発光部13で発光されたレーザー光を光ファイバープローブ14を通じて生体組織10に照射し、その散乱光を光検出器15で検出して光電変換を行い、光電変換によって得られたスペクトル信号S(ω)からバンドパスフィルタ41によって血流信号を抽出し、そのパワースペクトルP(ω)を角周波数ωによって重み付けして積分する一方、これを受光強度Iの2乗で規格化することにより当該組織の血流量を算出する。
FIG. 9 is a block diagram showing a calculation process of tissue blood flow in such a conventional laser blood flow meter. As shown in the figure and the following
組織血流量=(∫ωP(ω)dω)/<I>2 …(式1) Tissue blood flow = (∫ωP (ω) dω) / <I> 2 (Formula 1)
また、このようなレーザー血流計に関連するものとして下記特許文献がある。 Moreover, there are the following patent documents related to such a laser blood flow meter.
ところで、生体組織の血流量は、生体内の部位によって大きく異なる。血流速度は0.1mm/s程度から数mm/s程度までの範囲であり、遅い血流と速い血流とでは、合成された信号のパワースペクトルの周波数の広がりも相違する。 By the way, the blood flow volume of the living tissue varies greatly depending on the site in the living body. The blood flow velocity ranges from about 0.1 mm / s to several mm / s, and the spread of the frequency of the power spectrum of the synthesized signal is different between the slow blood flow and the fast blood flow.
一方、生体組織からの散乱光に含まれる血流信号は前述のようにバンドパスフィルタによって抽出されるが、従来の血流計では装置各部がハードウェアにより構成されており、検出可能な周波数範囲が当該バンドパスフィルタの通過帯域(一般に20Hz〜20kHz程度)に固定されている。 On the other hand, the blood flow signal contained in the scattered light from the living tissue is extracted by the bandpass filter as described above. However, in the conventional blood flow meter, each part of the device is configured by hardware, and the detectable frequency range Is fixed to the passband of the bandpass filter (generally about 20 Hz to 20 kHz).
したがって従来の血流計では、血流速度が遅い場合に誤差が大きくならざるを得ず、高精度な測定を行うことが出来ない。なぜなら、血流速度が遅い場合には、数kHz程度の低い周波数変調のみが存在し、検出周波数帯域の高い周波数領域(例えば10kHz以上)には雑音成分しか存在しないにもかかわらず、この雑音成分が一律に算入されてしまうためにS/N比が悪化するからである。 Therefore, in the conventional blood flow meter, when the blood flow velocity is low, the error has to be large, and high-precision measurement cannot be performed. This is because when the blood flow velocity is low, only low frequency modulation of about several kHz exists, and this noise component is present only in the high frequency region (for example, 10 kHz or more) of the detection frequency band. This is because the S / N ratio deteriorates because of the uniform calculation.
また逆に、血流速度が速い場合には、血流信号のパワースペクトルの周波数範囲がバンドパスフィルタで設定されている帯域を超えることも考えられ、この場合には血流量を過小評価する虞がある。 Conversely, when the blood flow velocity is high, the frequency range of the power spectrum of the blood flow signal may exceed the band set by the bandpass filter. In this case, the blood flow rate may be underestimated. There is.
このように従来の血流計は、血流速度の違いを考慮した適切な信号抽出がなされておらず、この点で更なる改良の余地を残している。 As described above, the conventional blood flow meter does not perform appropriate signal extraction in consideration of the difference in blood flow velocity, and leaves room for further improvement in this respect.
したがって、本発明の目的は、血流速度の違いによる誤差を排除し、レーザー血流計の測定精度を向上させることにある。 Accordingly, an object of the present invention is to eliminate an error due to a difference in blood flow velocity and improve the measurement accuracy of the laser blood flow meter.
前記課題を解決し目的を達成するため、本発明に係る第一の血流量測定装置は、生体組織にレーザー光を照射するレーザー光照射部と、前記生体組織で散乱されたレーザー光の散乱光を受光する散乱光受光部と、前記散乱光受光部で受光した前記散乱光を光電変換してアナログ電気信号を出力する光電変換部と、前記光電変換部で変換されたアナログ電気信号をデジタル信号に変換するA/D変換部(アナログ−デジタルコンバータ)と、前記A/D変換部で変換されたデジタル信号を高速フーリエ変換して血流信号のパワースペクトルを得る高速フーリエ変換部と、前記高速フーリエ変換部により得られた血流信号のパワースペクトルを表示するパワースペクトル表示部と、前記血流信号のパワースペクトルから、血流量の算出に使用する周波数範囲を指定することを可能とする周波数範囲設定部と、前記周波数範囲設定部により指定された周波数範囲の、前記血流信号のパワースペクトルを使用して血流量を算出する血流量演算部とを備える。 In order to solve the above problems and achieve the object, a first blood flow measurement device according to the present invention includes a laser light irradiation unit that irradiates a living tissue with laser light, and scattered light of the laser light scattered by the living tissue. A scattered light receiving unit that receives light, a photoelectric conversion unit that photoelectrically converts the scattered light received by the scattered light receiving unit and outputs an analog electric signal, and an analog electric signal converted by the photoelectric conversion unit as a digital signal An A / D converter (analog-to-digital converter) for converting the digital signal, a fast Fourier transform for obtaining a power spectrum of a blood flow signal by performing fast Fourier transform on the digital signal converted by the A / D converter, and the high speed A power spectrum display unit that displays the power spectrum of the blood flow signal obtained by the Fourier transform unit, and is used to calculate the blood flow rate from the power spectrum of the blood flow signal. A frequency range setting unit capable of specifying a wave number range; and a blood flow rate calculation unit that calculates a blood flow rate using a power spectrum of the blood flow signal in a frequency range specified by the frequency range setting unit; Is provided.
本発明の第一の血流量測定装置では、血流量の算出を行う前に、上記パワースペクトル表示部によって血流信号のパワースペクトルを表示することで当該パワースペクトルの広がり(周波数範囲)を確認することを可能とし、上記周波数範囲設定部によって血流量の算出に使用する周波数範囲を指定することを可能とした。 In the first blood flow measuring device of the present invention, before calculating the blood flow, the power spectrum of the blood flow signal is displayed by the power spectrum display unit to confirm the spread (frequency range) of the power spectrum. The frequency range used for calculating the blood flow rate can be specified by the frequency range setting unit.
このような本発明の装置によれば、測定対象である生体組織の血流速度に対応した適切な周波数範囲を例えばオペレータ(当該装置の使用者)が選択することにより、当該選択した最適な周波数範囲のパワーによって血流量を算出することが可能となるから、従来のように血流速度が遅い場合に雑音成分のみが存在する高い周波数領域のパワーが算入されて測定誤差(算出された血流量値に含まれる誤差)が大きくなったり、血流速度が速い場合に血流量の算出に本来使用されるべきデータが除外されて測定精度が低下する事態が生じることを防ぐことが出来る。 According to such an apparatus of the present invention, for example, an operator (user of the apparatus) selects an appropriate frequency range corresponding to the blood flow velocity of the biological tissue to be measured, whereby the selected optimum frequency. Since it is possible to calculate the blood flow volume with the power of the range, the measurement error (calculated blood flow volume) is calculated by adding the power in the high frequency region where only the noise component exists when the blood flow velocity is low as in the past. It is possible to prevent a situation in which the measurement accuracy decreases due to the exclusion of data that should be originally used for the calculation of the blood flow when the blood flow velocity is high.
また、上記血流量測定装置では、前記散乱光受光部による受光量および前記周波数範囲のいずれか一方または双方に比例した、ノイズ成分によるオフセット値を算出するノイズ演算部をさらに備え、前記血流量演算部は、血流量の算出にあたって当該オフセット値を減算して血流量を算出するようにしても良い(後に述べる第二の血流量測定装置においても同様)。 The blood flow measurement device further includes a noise calculation unit that calculates an offset value based on a noise component proportional to one or both of the amount of light received by the scattered light receiving unit and the frequency range, and the blood flow calculation The unit may calculate the blood flow by subtracting the offset value when calculating the blood flow (the same applies to the second blood flow measurement device described later).
実際の測定装置では、誤差の原因となる雑音、具体的には、装置を構成する電子回路からの雑音(ノイズ)と、生体組織で反射されたレーザー光を散乱光受光部で受けるときに生じるショット雑音とが発生する。これらの雑音は、後に実施形態において詳しく述べるように、散乱光受光部での受光量ならびに前記周波数範囲に比例した大きさとなる。したがって本発明の一態様では、散乱光受光部における受光量ならびに前記周波数範囲のいずれか一方または双方に比例したオフセット値を算出し、このオフセット値を血流量から減算する補正を血流量の算出時に行う。これにより、測定精度をより一層向上させることが出来る。 In an actual measurement device, noise that causes errors, specifically, noise (noise) from the electronic circuit that constitutes the device, and laser light reflected by the living tissue are generated by the scattered light receiving unit. Shot noise occurs. As described later in detail in the embodiment, these noises have a magnitude proportional to the amount of light received by the scattered light receiving unit and the frequency range. Accordingly, in one aspect of the present invention, an offset value proportional to one or both of the received light amount and the frequency range in the scattered light receiving unit is calculated, and correction for subtracting the offset value from the blood flow rate is performed when calculating the blood flow rate. Do. Thereby, the measurement accuracy can be further improved.
なお、当該ノイズ補正にあたっては、上記受光量および周波数範囲の双方を考慮することがより高精度な測定を行う点で好ましいが、これらのうちのいずれか一方に基づいて補正を行っても上記ノイズを全く考慮しない場合に比べれば測定精度の向上が可能であるから、受光量および周波数範囲のいずれか一方に基づいてノイズ補正を行う装置も本発明の範囲内に含まれる。 In the noise correction, it is preferable to consider both the amount of received light and the frequency range in terms of performing highly accurate measurement. However, even if correction is performed based on one of these, the noise is not limited. Since the measurement accuracy can be improved as compared with the case where no consideration is taken into consideration, an apparatus for performing noise correction based on either the received light amount or the frequency range is also included in the scope of the present invention.
さらに本発明では、前記周波数範囲を自動的に(オペレータの操作によらずに)設定することも可能である。 Furthermore, in the present invention, the frequency range can also be set automatically (independent of the operator's operation).
具体的には、本発明に係る第二の血流量測定装置は、生体組織にレーザー光を照射するレーザー光照射部と、前記生体組織で散乱されたレーザー光の散乱光を受光する散乱光受光部と、前記散乱光受光部で受光した前記散乱光を光電変換してアナログ電気信号を出力する光電変換部と、前記光電変換部で変換されたアナログ電気信号をデジタル信号に変換するA/D変換部と、前記A/D変換部で変換されたデジタル信号を高速フーリエ変換して血流信号のパワースペクトルを得る高速フーリエ変換部と、前記高速フーリエ変換部により得られた血流信号のパワースペクトルのうち、予め設定された閾値パワーに対応した周波数までを検出周波数範囲とする周波数範囲設定部と、前記検出周波数範囲のパワースペクトルを使用して血流量を算出する血流量演算部とを備える。 Specifically, the second blood flow measurement device according to the present invention includes a laser light irradiation unit that irradiates a living tissue with laser light, and a scattered light reception that receives scattered light of the laser light scattered by the living tissue. A photoelectric conversion unit that photoelectrically converts the scattered light received by the scattered light receiving unit and outputs an analog electric signal, and an A / D that converts the analog electric signal converted by the photoelectric conversion unit into a digital signal A fast Fourier transform unit that obtains a power spectrum of a blood flow signal by performing fast Fourier transform on the digital signal converted by the A / D converter, and power of the blood flow signal obtained by the fast Fourier transform unit Of the spectrum, the blood flow rate is calculated using a frequency range setting unit that detects up to a frequency corresponding to a preset threshold power and a power spectrum in the detection frequency range. And a blood flow calculator for.
この第二の血流量測定装置では、周波数範囲設定部は、オペレータの入力操作を待つのではなく、予め設定された閾値によって検出周波数範囲を設定する。すなわち、予め設定された上記閾値パワーより大きな値を示す周波数を検出周波数範囲とし、この検出周波数範囲の周波数およびパワーに基づいて血流量演算部が血流量を算出する。 In the second blood flow measuring device, the frequency range setting unit does not wait for the operator's input operation, but sets the detection frequency range based on a preset threshold value. That is, a frequency showing a value larger than the preset threshold power is set as a detection frequency range, and the blood flow rate calculation unit calculates the blood flow rate based on the frequency and power in the detection frequency range.
従来の血流計では血流信号パワースペクトルの周波数の広がりがどの程度までであるかを確認することが出来なかったのに対し、本発明の血流量測定装置によれば、当該パワースペクトルの広がりを確認した後に、あるいは当該パワースペクトルの広がりに対応した、ノイズの少ない最適な周波数範囲を選択して血流量の算出を行うことが出来るから、従来に比べて精度の高い血流量の測定が可能となる。 Whereas the conventional blood flow meter could not confirm the extent of the frequency spread of the blood flow signal power spectrum, according to the blood flow measuring device of the present invention, the spread of the power spectrum Blood flow can be calculated after confirming the above, or by selecting the optimal frequency range with less noise corresponding to the spread of the power spectrum, so blood flow can be measured with higher accuracy than before. It becomes.
本発明の他の目的、特徴および利点は、図面に基づいて述べる以下の本発明の実施の形態の説明により明らかにする。なお、各図中、同一の符号は、同一又は相当部分を示す。 Other objects, features, and advantages of the present invention will become apparent from the following description of embodiments of the present invention described with reference to the drawings. In addition, in each figure, the same code | symbol shows the same or an equivalent part.
図1に示すように本発明の一実施形態に係る血流量測定装置11は、レーザー光を生体組織に照射しその散乱光を受光するレーザーユニット12と、血流量の演算処理を行いその結果を表示する装置本体部(コンピュータ)21とを備える。
As shown in FIG. 1, a blood
レーザーユニット12は、レーザー光を発光するレーザー光発光部13と、当該レーザー光発光部13で発光されたレーザー光を生体組織10に照射するとともにその散乱光を受光する光ファイバープローブ14と、受光した散乱光を光電変換する光電変換部15と、光電変換部15で変換されたアナログ電気信号をデジタル信号に変換するA/D変換部16とを備える。なお、光電変換部15は、光電変換を行うフォトダイオード(PD)と、PDから出力される微弱電気信号を増幅するアンプとを含む。また、A/D変換部16は装置本体部21に含めても良い。
The laser unit 12 receives a laser
装置本体部21は、A/D変換部16で変換されたデジタル信号を高速フーリエ変換するFFT処理部22と、血流量を算出する血流量演算部23と、血流量の算出に使用する周波数範囲を設定する周波数範囲設定部25と、当該周波数範囲を決定する基準となる閾値パワーを周波数範囲設定部25に入力するための入力部24と、血流量から減算するノイズ成分(オフセット値)を算出するノイズ演算部26と、血流量演算部23により算出された血流量や前記FFT処理部22により得られた血流信号のパワースペクトルなどを表示する表示部27とを備えている。なお、装置本体部21の各部構成(FFT処理部22や血流量演算部23、ノイズ演算部26等)は、コンピュータソフトウェアにより構成することが出来る。
The apparatus body 21 includes an
レーザー光発光部13から光ファイバープローブ14を通じて生体組織10に照射されたレーザー光は、生体組織10で散乱され、その一部が光ファイバープローブ14を通じて受光され、光電変換部15によりアナログ電気信号に変換された後、A/D変換部16によりデジタル信号に変換されて装置本体部21のFFT処理部22に入力される。
The laser light emitted from the laser
FFT処理部22は、入力されたデジタル信号を高速フーリエ変換し、血流信号のパワースペクトルを求める。この血流信号パワースペクトルは、血流量演算部23に出力されて血流量の算出に使用されるとともに、表示部27のディスプレイ画面上に表示される(図2の符号31参照)。なお、図2は前記表示部27による表示画面を例示するもので、当該画面上には、前記血流信号パワースペクトルの表示31のほか、血流量値の時間的変化をグラフで示す表示32や、血流量を実時間で示す数値表示33などを行う。
The
血流量演算部23は、上記血流信号パワースペクトルから血流量を算出するが、この血流量は前記式1のデジタル演算式である下記式2により求めることが出来る。
The blood flow
組織血流量=Σf・P(f)Δf/P2(0) …(式2) Tissue blood flow = Σf · P (f) Δf / P 2 (0) (Expression 2)
なお、上記式2中、fは周波数、P(f)は周波数fにおけるパワー、P(0)はFFTで得られた0Hzでのパワーである。また、周波数範囲設定部25には入力部24を通じて予め閾値パワーを設定してあり、上記血流量の算出にあたって血流量演算部23は、当該周波数範囲設定部25に設定されている閾値を用いて血流量算出に用いる血流信号パワースペクトルの周波数範囲を決定し、当該周波数範囲のデータ(周波数値およびパワー値)を使用して計算を行うとともに、ノイズ演算部26によって算出されたオフセット値を減算することにより血流量を算出する。これら周波数範囲の決定およびノイズ演算部26によるオフセット値の算出について次に述べる。
In
〔周波数範囲の決定〕
図3〜図4は生体組織からの血流信号のパワースペクトル(図3は前腕皮膚、図4は人差し指皮膚)を例示する線図であるが、これらの図に示すように生体組織の部位によってスペクトルの分布が大きく異なる。これは当該組織における血流速度の違いによるもので、前腕皮膚(図3)では10kHz程度までしか信号成分がないのに対し、人差し指皮膚(図4)では50kHz以上まで信号成分が存在している。
[Determination of frequency range]
3 to 4 are diagrams illustrating power spectra of blood flow signals from living tissue (FIG. 3 is forearm skin and FIG. 4 is index finger skin). As shown in these figures, depending on the portion of the living tissue, FIG. The spectrum distribution is very different. This is due to the difference in blood flow velocity in the tissue. The forearm skin (FIG. 3) has a signal component only up to about 10 kHz, whereas the index finger skin (FIG. 4) has a signal component up to 50 kHz or more. .
そこで、本実施形態の装置11では、或る一定のパワーレベルを閾値として入力部24を介して周波数範囲設定部25に設定しておき、血流量演算部23はこの周波数範囲設定部25に設定された閾値に対応する周波数範囲のデータを使用して血流量を算出する。
Therefore, in the
より具体的には、図5は血流速度が異なる3種類の生体組織から受光したレーザー散乱光の周波数とパワーとの関係を概念的に示す線図であるが、この図に示すように上記閾値をPtとすると、血流量演算部23は当該値Pt以上のパワーを信号として扱う。例えば、血流信号パワースペクトルがS1の場合には、0Hzから当該Ptに対応する周波数F1までの周波数範囲W1間のパワーを使用して血流量を算出する。同様に、血流信号パワースペクトルS2の場合には0Hzから周波数F2まで(周波数範囲W2)のデータを使用し、血流信号パワースペクトルS3の場合には0Hzから周波数F3まで(周波数範囲W3)のデータを使用して血流量を算出する。
More specifically, FIG. 5 is a diagram conceptually showing the relationship between the frequency and power of laser scattered light received from three types of biological tissues having different blood flow velocities. As shown in FIG. Assuming that the threshold value is Pt, the blood flow
なお、閾値Ptの具体的数値はこの値に限定されるものではないが、前記図3〜図4に示した例で言えば、例えば−55dB程度に設定しておけば良い。 The specific value of the threshold value Pt is not limited to this value. However, in the example shown in FIGS. 3 to 4, it may be set to about −55 dB, for example.
図6〜図7は前記図3〜図4のパワースペクトルから得られた組織血流量の時間的変化を示すもので、図6は図3のパワースペクトルについて10kHzまでを検出周波数範囲として演算した結果であり、図7は図4のパワースペクトルについて50kHzまでを検出周波数範囲として演算した結果を示すものである。これらの結果から明らかなように、パワースペクトルの違いが組織血流量値の大きな違いとして現われる。また図6から分かるように、検出周波数範囲を10kHzまでに限定することで10kHz以上の雑音成分を取り除くことが出来るから、組織血流量値が1〜2程度であっても心拍に同期した血流変化を安定して測定することが可能となる。 FIGS. 6 to 7 show temporal changes in the tissue blood flow obtained from the power spectra shown in FIGS. 3 to 4. FIG. 6 shows the result of calculating up to 10 kHz for the power spectrum shown in FIG. FIG. 7 shows the result of calculating up to 50 kHz for the power spectrum of FIG. 4 as the detection frequency range. As is clear from these results, a difference in power spectrum appears as a large difference in tissue blood flow value. Further, as can be seen from FIG. 6, since the noise component of 10 kHz or more can be removed by limiting the detection frequency range to 10 kHz, the blood flow synchronized with the heartbeat even if the tissue blood flow value is about 1-2. It becomes possible to measure changes stably.
このように本実施形態の測定装置では、パワースペクトルの広がりの程度に対応して血流量算出の基礎となる周波数範囲W1〜W3を変更することにより、血流速度の違いを考慮した適切な信号抽出を行うことができ、これにより測定対象の血流速度に依らない高精度な測定が可能となる。 As described above, in the measurement apparatus according to the present embodiment, an appropriate signal in consideration of the difference in blood flow velocity is obtained by changing the frequency range W1 to W3 that is the basis of blood flow calculation in accordance with the degree of spread of the power spectrum. Extraction can be performed, which enables high-precision measurement independent of the blood flow velocity of the measurement target.
〔ノイズの除去〕
血流が存在しない生体組織では組織血流量の値は本来ゼロとなるべきであるが、実際には電子回路から発生する雑音と、レーザー光受光による光検出器でのショット雑音によりゼロではなくある値を示す。また、検出周波数範囲(前記周波数範囲設定部25により設定され血流量演算部23により使用されるデータの周波数範囲)が広くなれば電子回路から発生する雑音によるによるパワースペクトルの積分値が大きくなり、受光するレーザー光強度が強くなればショット雑音が大きくなる。
[Removal of noise]
In living tissue where blood flow does not exist, the value of tissue blood flow should be essentially zero, but in reality it is not zero due to noise generated from the electronic circuit and shot noise at the photodetector due to laser light reception Indicates the value. Further, if the detection frequency range (frequency range of data set by the frequency
そこで、雑音によって生ずるパワースペクトルの積分値を調べるために,レーザー光を減衰させて光電変換部15に直接入力する実験を行った。図8はこの実験結果、すなわち、各検出周波数範囲((1)10kHz、(2)25kHz、(3)50kHzおよび(4)100kHz)における受光強度I〔V〕と、受光強度の2乗で規格化する前の各周波数倍したパワースペクトルの積分値Σf・P(f)Δfとの関係を示すものである。
Therefore, in order to examine the integrated value of the power spectrum caused by noise, an experiment was conducted in which the laser light was attenuated and directly input to the
なお、図8において、受光強度Iは光電変換部15の出力で、約3nWの受光量が1Vの出力となるように設定してある。縦軸は規格化していない、各周波数倍したパワースペクトルの積分値、即ち、前記式2のΣf・P(f)Δfである。また、線図欄外に各検出周波数範囲(1)〜(4)に関する回帰直線の式(横軸をx軸、縦軸をy軸とした)と決定係数R2(相関係数Rの2乗値)を示した。また同線図において、I=0〔V〕のときのΣf・P(f)Δfの値は光電変換部15のみの雑音を示し、受光量Iの増加によるΣf・P(f)Δfの値の増加はショット雑音に相当する。
In FIG. 8, the received light intensity I is set so that the received light amount of about 3 nW becomes an output of 1 V at the output of the
図8から、各検出周波数範囲では雑音成分による周波数倍したパワースペクトルの積分値Σf・P(f)Δfは受光量Iに比例し、当該値(Σf・P(f)Δf)は検出周波数範囲にも比例していることがわかる。したがって、これらの関係を利用することで、数点の受光量−パワースペクトル特性から雑音成分によるオフセット値を得ることが出来る。 From FIG. 8, in each detection frequency range, the integral value Σf · P (f) Δf of the power spectrum multiplied by the frequency due to the noise component is proportional to the amount of received light I, and the value (Σf · P (f) Δf) is the detection frequency range. It can be seen that it is proportional to. Therefore, by utilizing these relationships, an offset value due to a noise component can be obtained from several received light amount-power spectrum characteristics.
そこで、本実施形態の装置では、周波数設定部25で設定される検出周波数範囲と受光量(光電変換部15からの出力)とから、雑音によるオフセット値(血流量値のオフセット分)をノイズ演算部26が算出し、血流量演算部23がこのオフセット値を除去(減算)して組織血流量を算出する。このような演算処理を行うことにより、測定精度をより一層向上させることが出来る。
Therefore, in the apparatus of the present embodiment, the noise offset value (the amount of blood flow value offset) is calculated from the detection frequency range set by the
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内で種々の変更を行うことができることは当業者に明らかである。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these, It is clear to those skilled in the art that a various change can be made within the range as described in a claim. .
例えば、前記実施形態では、検出周波数範囲を自動的に設定する(周波数範囲設定部25に予め設定されている閾値を使用する)ように構成したが、装置使用者が手動で(装置使用者の入力操作により)検出周波数範囲を設定するようにしても良い。この場合、例えば、前記図2に示した画面上の「SETUP」ボタンをクリックすることで設定機能を呼び出せるようにし、自動設定する場合と同様に閾値パワーを指定するか、あるいは、上限周波数値又は周波数範囲を指定できるようにすれば良い。
For example, in the above-described embodiment, the detection frequency range is automatically set (the threshold value preset in the frequency
さらに検出周波数範囲の設定について、前記実施形態のような閾値を用いた自動設定機能と、上述した装置使用者の入力操作による手動設定機能の双方を備えた装置とすることも可能である。この場合には、例えば切替スイッチで自動モードと手動モードとを切換え可能としても良いし、例えば自動で算出した後に手動で検出周波数範囲を入力して血流量を再計算させる機能を備えることも可能である。 Furthermore, regarding the setting of the detection frequency range, it is possible to provide an apparatus having both the automatic setting function using a threshold as in the above-described embodiment and the above-described manual setting function by an input operation of the apparatus user. In this case, for example, it is possible to switch between the automatic mode and the manual mode with a changeover switch, for example, and it is possible to provide a function for recalculating blood flow by manually inputting a detection frequency range after automatic calculation, for example. It is.
また、前記ノイズ演算部26によるノイズ補正(オフセット値の計算および血流量値からの除去)についても上記検出周波数範囲と同様に手動で行うようにすることも可能であり、この場合には、雑音成分によるオフセット除去は,生体組織と光学特性が同様なプラスチック等を測定して出力された血流量値を、実際の生体組織測定時の血流量値から減算するようにすれば良い。
Further, noise correction (calculation of offset value and removal from blood flow value) by the
10 生体組織
11 血流量測定装置
12 レーザーユニット
13 レーザー光発光部
14 光ファイバープローブ
15 光電変換部
16 A/D変換部
21 装置本体部
22 FFT処理部
23 血流量演算部
24 入力部
25 周波数範囲設定部
26 ノイズ演算部
27 表示部
31 血流信号パワースペクトルの表示
32 血流量値の時間的変化をグラフで示す表示
33 血流量の実時間数値表示
34 セットアップボタン
41 バンドパスフィルタ
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記生体組織で散乱されたレーザー光の散乱光を受光する散乱光受光部と、
前記散乱光受光部で受光した前記散乱光を光電変換してアナログ電気信号を出力する光電変換部と、
前記光電変換部で変換されたアナログ電気信号をデジタル信号に変換するA/D変換部と、
前記A/D変換部で変換されたデジタル信号を高速フーリエ変換して血流信号のパワースペクトルを得る高速フーリエ変換部と、
前記高速フーリエ変換部により得られた血流信号のパワースペクトルを表示するパワースペクトル表示部と、
前記血流信号のパワースペクトルから、血流量の算出に使用する周波数範囲を指定することを可能とする周波数範囲設定部と、
前記周波数範囲設定部により指定された周波数範囲の、前記血流信号のパワースペクトルを使用して血流量を算出する血流量演算部と
を備え、
前記周波数範囲設定部は、前記周波数範囲の上限を決定するパワーレベルを閾値として指定することを可能とするものであり、
前記血流量演算部は、0Hzから前記閾値に対応する周波数までのパワースペクトルを使用して血流量を算出する
ことを特徴とする血流量測定装置。 A laser light irradiation unit for irradiating a living tissue with laser light;
A scattered light receiving unit that receives the scattered light of the laser light scattered by the biological tissue;
A photoelectric conversion unit that photoelectrically converts the scattered light received by the scattered light receiving unit and outputs an analog electric signal; and
An A / D converter that converts the analog electrical signal converted by the photoelectric converter into a digital signal;
A fast Fourier transform unit that obtains a power spectrum of a blood flow signal by performing a fast Fourier transform on the digital signal converted by the A / D conversion unit;
A power spectrum display unit for displaying a power spectrum of a blood flow signal obtained by the fast Fourier transform unit;
From the power spectrum of the blood flow signal, a frequency range setting unit that enables to specify a frequency range used for calculation of blood flow,
A blood flow rate calculation unit that calculates a blood flow rate using a power spectrum of the blood flow signal in a frequency range specified by the frequency range setting unit , and
The frequency range setting unit is capable of specifying a power level that determines an upper limit of the frequency range as a threshold,
The blood flow rate calculating device calculates a blood flow rate using a power spectrum from 0 Hz to a frequency corresponding to the threshold value .
前記生体組織で散乱されたレーザー光の散乱光を受光する散乱光受光部と、
前記散乱光受光部で受光した前記散乱光を光電変換してアナログ電気信号を出力する光電変換部と、
前記光電変換部で変換されたアナログ電気信号をデジタル信号に変換するA/D変換部と、
前記A/D変換部で変換されたデジタル信号を高速フーリエ変換して血流信号のパワースペクトルを得る高速フーリエ変換部と、
前記高速フーリエ変換部により得られた血流信号のパワースペクトルのうち、0Hzから予め設定された閾値パワーに対応した周波数までを検出周波数範囲とする周波数範囲設定部と、
前記検出周波数範囲のパワースペクトルを使用して血流量を算出する血流量演算部と
を備えたことを特徴とする血流量測定装置。 A laser light irradiation unit for irradiating a living tissue with laser light;
A scattered light receiving unit that receives the scattered light of the laser light scattered by the biological tissue;
A photoelectric conversion unit that photoelectrically converts the scattered light received by the scattered light receiving unit and outputs an analog electric signal; and
An A / D converter that converts the analog electrical signal converted by the photoelectric converter into a digital signal;
A fast Fourier transform unit that obtains a power spectrum of a blood flow signal by performing a fast Fourier transform on the digital signal converted by the A / D conversion unit;
Of the power spectrum of the blood flow signal obtained by the fast Fourier transform unit, a frequency range setting unit having a detection frequency range from 0 Hz to a frequency corresponding to a preset threshold power;
A blood flow rate measurement device comprising: a blood flow rate calculation unit that calculates a blood flow rate using a power spectrum in the detection frequency range.
前記血流量演算部は、前記オフセット値を減算して前記血流量を算出する
請求項1または2に記載の血流量測定装置。 A noise calculation unit that calculates an offset value by a noise component proportional to either or both of the amount of light received by the scattered light receiving unit and the frequency range;
The blood flow measuring device according to claim 1 or 2, wherein the blood flow calculation unit calculates the blood flow by subtracting the offset value.
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