JP6245863B2 - SUBJECT INFORMATION ACQUISITION DEVICE AND METHOD FOR CONTROLLING SUBJECT INFORMATION ACQUISITION DEVICE - Google Patents

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Description

本発明は、光を用いて被検体内部の情報を測定する被検体情報取得装置に関する。   The present invention relates to a subject information acquisition apparatus that measures information inside a subject using light.

レーザ光などの計測光を被検体に照射し、被検体内を伝播した計測光を検出することで、被検体内の情報を得る光イメージング技術の研究が医療分野で積極的に進められている。
光イメージング技術の一つに、近赤外分光法がある。近赤外分光法は、光源から被検体に光を照射して、被検体内を伝播および拡散した微弱光を光検出器によって検出することで、被検体の内部組織における光の吸収特性を取得する方法である。また、検出した光の強度の変化を取得することで、被検体内部の光吸収特性の変化についての情報を得る事ができる。
Research on optical imaging technology that obtains information in a subject by irradiating the subject with measurement light such as laser light and detecting the measurement light that has propagated through the subject is being actively promoted in the medical field. .
One of the optical imaging techniques is near infrared spectroscopy. Near-infrared spectroscopy obtains light absorption characteristics in the internal tissue of a subject by irradiating the subject with light from a light source and detecting the weak light propagated and diffused in the subject with a photodetector. It is a method to do. Further, by acquiring a change in the detected light intensity, it is possible to obtain information about a change in the light absorption characteristics inside the subject.

光の吸収特性は、光の波長や吸収体の種類に依存することが知られている。例えば、二種類の波長の光を被検体に照射し、血液中のヘモグロビンの光吸収特性を測定することで、酸化ヘモグロビンと脱酸化ヘモグロビンの相対濃度の変化量を取得することができる。
このような近赤外分光法による測定を生体の頭部に対して行うことで、大脳皮質表面の酸素代謝の変化(脳の活性化状態)などを非侵襲で測定することができる。
It is known that the light absorption characteristics depend on the wavelength of light and the type of absorber. For example, the amount of change in the relative concentrations of oxyhemoglobin and deoxyhemoglobin can be obtained by irradiating the subject with light of two types of wavelengths and measuring the light absorption characteristics of hemoglobin in the blood.
By performing such near-infrared spectroscopy measurement on the head of a living body, changes in oxygen metabolism on the surface of the cerebral cortex (brain activation state) can be measured non-invasively.

ところで、近赤外分光法を用いて脳の活性化状態を測定する場合、脳活動に由来しない、頭皮の血流の変動が測定に影響してしまうことが知られている(非特許文献1参照)。これは、脳に対して頭皮越しに計測光を照射するためである。頭皮のような、測定に影響を及ぼす組織を介在組織と呼ぶ。このように、光源と測定を行いたい領域との間に介在組織がある場合、介在組織において血流が変化すると、透過する計測光の光量が変動してしまうため、測定結果が変動してしまう。   By the way, when measuring the activation state of the brain using near-infrared spectroscopy, it is known that fluctuations in blood flow in the scalp that do not originate from brain activity affect the measurement (Non-Patent Document 1). reference). This is to irradiate the brain with measurement light through the scalp. Tissues that affect measurement, such as the scalp, are called intervening tissues. As described above, when there is an intervening tissue between the light source and the region to be measured, if the blood flow changes in the intervening tissue, the amount of transmitted measurement light changes, so the measurement result changes. .

この問題を解決する技術として、特許文献1に記載の光計測装置がある。当該光計測装置では、光の入射位置と検出位置の間隔を変えた二種類の測定系によって被検体を測定する。光の入射位置と検出位置との間隔が長い測定系(第一の測定系)では、計測光が深部まで到達するため、大脳皮質および頭皮の情報を含んだ信号を得ることができる。また、間隔が短い測定系(第二の測定系)では、計測光が深部まで到達しないため、頭皮の情報のみを含んだ信号を得ることができる。そこで、第二の測定系が取得した信号を用いて、第一の測定系が取得した信号を補正することで、大脳皮質から得られた情報のみを抽出することができる。   As a technique for solving this problem, there is an optical measurement device described in Patent Document 1. In the optical measurement apparatus, the subject is measured by two types of measurement systems in which the interval between the light incident position and the detection position is changed. In the measurement system (first measurement system) in which the interval between the light incident position and the detection position is long, the measurement light reaches the deep part, so that a signal including information on the cerebral cortex and scalp can be obtained. Further, in the measurement system (second measurement system) with a short interval, the measurement light does not reach the deep part, so that a signal including only information on the scalp can be obtained. Therefore, only the information obtained from the cerebral cortex can be extracted by correcting the signal obtained by the first measurement system using the signal obtained by the second measurement system.

特開2009−148388号公報JP 2009-148388 A

T. Takahashi “Influence of skin blood flow on near-infrared spectroscopy signals measured on the forehead during a verbal fluency task.”, Neuroimage, Vol.57, (2011)T. Takahashi “Influence of skin blood flow on near-infrared spectroscopy signals measured on the forehead during a verbal fluency task.”, Neuroimage, Vol.57, (2011) G. Strangman “Factors affecting the accuracy of near-infrared spectroscopy concentration calculations for focal changes in oxygenation parameters”, Neuroimage, Vol.18, (2003)G. Strangman “Factors affecting the accuracy of near-infrared spectroscopy concentration calculations for focal changes in oxygenation parameters”, Neuroimage, Vol. 18, (2003)

特許文献1に記載の光計測装置では、介在組織を透過する計測光の光量の変動を取得し、測定信号を補正することで介在組織の影響を除去している。
被検体内において光は、光の入射位置と検出位置とを円弧状に結ぶ経路で伝搬する。前述したように、光の入射位置と検出位置の間隔を短くした場合、光は被検体内の浅い位置を透過するため、相対的に浅い部位の情報を得ることができる。
In the optical measurement device described in Patent Document 1, the influence of the intervening tissue is removed by acquiring the variation in the amount of measurement light transmitted through the intervening tissue and correcting the measurement signal.
In the subject, light propagates along a path connecting the light incident position and the detection position in an arc shape. As described above, when the interval between the light incident position and the detection position is shortened, the light passes through a shallow position in the subject, so that information on a relatively shallow portion can be obtained.

しかし、検出された信号には、当該円弧状の経路上のいずれかの位置における局所的な血流変動が反映されているが、必ずしも介在組織全体の血流変動が反映されているとは限らない。また、取得した第二の信号には深さ方向の分解能が無いため、介在組織の深度を指定して情報を抽出することもできない。
すなわち、従来の技術では、介在組織を透過する計測光の光量の変動を必ずしも正確に取得することができないという問題があった。
However, although the detected signal reflects local blood flow fluctuations at any position on the arcuate path, it does not necessarily reflect the blood flow fluctuations of the entire intervening tissue. Absent. Further, since the acquired second signal has no resolution in the depth direction, information cannot be extracted by specifying the depth of the intervening tissue.
In other words, the conventional technique has a problem in that it is not always possible to accurately acquire fluctuations in the amount of measurement light transmitted through the intervening tissue.

この問題を回避するため、近赤外分光法ではなく、光音響イメージングを利用して被検体を測定することも考えられる。光音響イメージングは、計測光に起因して被検体内で発生した音響波を解析することで、被検体内の組織構成を可視化する技術である。光音響イメージングは、被検体内の光学特性分布を、近赤外分光法よりも精度よく取得することができる。しかし、生体の頭部に対して光音響イメージングを実施すると、頭蓋骨によって音響波の減衰や反射が発生してしまい、正確な情報を得ることができない。   In order to avoid this problem, it is conceivable to measure the subject using photoacoustic imaging instead of near-infrared spectroscopy. Photoacoustic imaging is a technique for visualizing a tissue configuration in a subject by analyzing an acoustic wave generated in the subject due to measurement light. Photoacoustic imaging can acquire the optical characteristic distribution in the subject with higher accuracy than near-infrared spectroscopy. However, when photoacoustic imaging is performed on the head of a living body, attenuation and reflection of acoustic waves are generated by the skull, and accurate information cannot be obtained.

本発明はこのような従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、近赤外分光法を用いた被検体情報取得装置において、介在組織の影響を除去することができる技術を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and provides a technique capable of removing the influence of intervening tissue in a subject information acquisition apparatus using near-infrared spectroscopy. Objective.

本発明に係る被検体情報取得装置は、
介在組織を表層に有する被検体に対して光を照射する光照射手段と、前記介在組織を透過して前記被検体内を伝搬した光の強度を検出し、第一の信号に変換する光検出手段と、前記照射された光に起因して前記介在組織内で発生した音響波を検出し、第二の信号に変換する音響波受信手段と、前記第二の信号に基づいて、前記介在組織の光学特性に関連した情報である光学関連情報を取得する信号処理手段と、前記光学関連情報に基づいて前記第一の信号を補正し、前記第一の信号から前記介在組織の影響を除去する信号補正手段と、を有し、前記第二の信号は、前記介在組織内で発生した音響波の音圧を表す信号であり、前記信号処理手段は、前記介在組織内で発生した音響波の音圧と、前記介在組織を透過する光の光量との関係を表したデータを用いて、前記介在組織を透過した光の光量を取得することを特徴とする。
The subject information acquisition apparatus according to the present invention includes:
Light irradiating means for irradiating a subject having an intervening tissue on the surface layer, and light detection for detecting the intensity of light transmitted through the intervening tissue and propagating through the subject, and converting it into a first signal Means, an acoustic wave receiving means for detecting an acoustic wave generated in the intervening tissue due to the irradiated light and converting it to a second signal, and the intervening tissue based on the second signal Signal processing means for acquiring optical related information that is information related to the optical characteristics of the optical signal, and correcting the first signal based on the optical related information, and removing the influence of the intervening tissue from the first signal. Signal correction means , wherein the second signal is a signal representing a sound pressure of an acoustic wave generated in the intervening tissue, and the signal processing means is configured to transmit the acoustic wave generated in the intervening tissue. Expressed the relationship between sound pressure and the amount of light transmitted through the intervening tissue Using chromatography data, and acquires the amount of light transmitted through the intervening tissue.

また、本発明に係る被検体情報取得装置の制御方法は、
介在組織を表層に有する被検体の内部情報を取得する被検体情報取得装置の制御方法であって、被検体に照射する光を発生させる光照射ステップと、前記介在組織を透過して前記被検体内を伝搬した光の強度を検出し、第一の信号に変換する光検出ステップと、前記照射された光に起因して前記介在組織内で発生した音響波を検出し、第二の信号に変換する音響波受信ステップと、前記第二の信号に基づいて、前記介在組織の光学特性に関連した情報である光学関連情報を取得する信号処理ステップと、前記光学関連情報に基づいて前記第一の信号を補正し、前記第一の信号から前記介在組織の影響を除去する信号補正ステップと、を含み、前記第二の信号は、前記介在組織内で発生した音響波の音圧を表す信号であり、前記信号処理ステップでは、前記介在組織内で発生した音響波の音圧と、前記介在組織を透過する光の光量との関係を表したデータを用いて、前記介在組織を透過した光の光量を取得することを特徴とする。
In addition, the control method of the subject information acquisition apparatus according to the present invention includes:
A method for controlling a subject information acquisition apparatus for acquiring internal information of a subject having an intervening tissue on a surface layer, the light irradiation step for generating light to irradiate the subject, and the subject passing through the intervening tissue A light detection step for detecting the intensity of light propagated in the interior and converting it into a first signal; and detecting an acoustic wave generated in the intervening tissue due to the irradiated light; An acoustic wave receiving step for converting, a signal processing step for obtaining optical related information that is information related to optical characteristics of the intervening tissue based on the second signal, and the first based on the optical related information correcting the signal, and a signal correction step of removing the influence of the intervening tissue from said first signal, only contains the second signal represents the sound pressure of the acoustic wave generated within the intervening tissue Signal processing step. In the sound pressure of the acoustic wave generated within the intervening tissue, the intervening tissue using data representing the relationship between the amount of light transmitted through, to get the amount of light transmitted through the intervening tissue Features.

本発明によれば、近赤外分光法を用いた被検体情報取得装置において、介在組織の影響を除去することができる。   According to the present invention, the influence of the intervening tissue can be removed in the subject information acquiring apparatus using near infrared spectroscopy.

第一の実施形態に係る生体光測定装置の構成例を説明する図。The figure explaining the structural example of the biological light measuring device which concerns on 1st embodiment. 第一の実施形態におけるシミュレーションモデルを説明する図。The figure explaining the simulation model in 1st embodiment. 第一の実施形態におけるシミュレーション結果を説明する図。The figure explaining the simulation result in 1st embodiment. 第一の実施形態におけるシミュレーション結果を説明する図。The figure explaining the simulation result in 1st embodiment. 第一の実施形態における換算テーブルを説明する図。The figure explaining the conversion table in 1st embodiment. 第一の実施形態における処理フローチャートを説明する図。The figure explaining the process flowchart in 1st embodiment. 第二の実施形態に係る生体光測定装置の構成例を説明する図。The figure explaining the structural example of the biological light measuring device which concerns on 2nd embodiment. 第三の実施形態に係る生体光測定装置の構成例を説明する図。The figure explaining the structural example of the biological light measuring device which concerns on 3rd embodiment.

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、同一の構成要素には原則として同一の参照番号を付して、説明を省略する。また、実施形態の説明で用いる数値(厚さ、サイズ)や材質等は、発明の範囲を限定するものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In principle, the same components are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. Further, numerical values (thickness, size), materials, and the like used in the description of the embodiments do not limit the scope of the invention.

(第一の実施形態)
第一の実施形態に係る生体光測定装置は、近赤外分光法を用いて、生体の脳内における血流に関する情報を取得して画像化することで脳機能を可視化する装置である。また、音響波を用いて被検体の介在組織に関する情報を取得し、取得した情報を用いて、測定結果から介在組織の影響を除去する機能を有する。
(First embodiment)
The biological light measurement device according to the first embodiment is a device that visualizes brain functions by acquiring and imaging information on blood flow in the brain of a living body using near infrared spectroscopy. Further, it has a function of acquiring information related to the intervening tissue of the subject using an acoustic wave and removing the influence of the intervening tissue from the measurement result using the acquired information.

<システム構成>
図1を参照しながら、第一の実施形態に係る生体光測定装置の構成を説明する。
第一の実施形態に係る生体光測定装置は、光源1、光検出器2、光導波路3、投光プローブ4、受光プローブ5、光導波路6、信号処理部7、パルス光源8、光導波路9、第二の投光プローブ10、音響波探触子11、表示部12からなる。また、本実施形態に係る光計測装置は、本発明における第一の信号を測定する光強度測定系と、第二の信号を測定する光音響波測定系から構成される。各測定系に含まれる構成要素を順に説明する。
<System configuration>
The configuration of the biological light measurement device according to the first embodiment will be described with reference to FIG.
The biological light measurement apparatus according to the first embodiment includes a light source 1, a photodetector 2, an optical waveguide 3, a light projecting probe 4, a light receiving probe 5, an optical waveguide 6, a signal processing unit 7, a pulse light source 8, and an optical waveguide 9. , A second projecting probe 10, an acoustic wave probe 11, and a display unit 12. In addition, the optical measurement device according to the present embodiment includes a light intensity measurement system that measures the first signal and a photoacoustic wave measurement system that measures the second signal in the present invention. The components included in each measurement system will be described in order.

まず、光強度測定系について説明する。
光強度測定系は、光源1から被検体100に照射され、被検体100内を伝播した光の強度を光検出器2で検出し、第一の信号に変換する測定系である。
First, the light intensity measurement system will be described.
The light intensity measurement system is a measurement system that detects the intensity of light irradiated from the light source 1 to the subject 100 and propagated through the subject 100 with the photodetector 2 and converts it into a first signal.

光源1は、被検体100に対して照射する光を発生させる手段である。光源1にて発生する光は、被検体100を構成する成分のうち特定の成分に吸収される特定波長の光であることが好ましい。波長は、生体内での吸収が少ない700nm以上、1100nm以下の範囲であることが好ましい。光の種類は、連続光、強度変調光、パルス光のいずれかである。光源1は、一つまたは複数の光源によって構成されてもよい。また、光学特性値の波長による違いを測定するために、波長の異なる複数の光源を用いてもよい。以下、光源1にて発生する光を計測光と称する。
光源1はレーザ光源であることが好ましいが、レーザのかわりに発光ダイオードなどを用いてもよい。レーザ光源を使用する場合、固体レーザ、ガスレーザ、色素レーザ、半導体レーザなど、様々な種類のレーザを使用することができる。
The light source 1 is a means for generating light that irradiates the subject 100. The light generated by the light source 1 is preferably light having a specific wavelength that is absorbed by a specific component among the components constituting the subject 100. The wavelength is preferably in the range of 700 nm to 1100 nm with little absorption in the living body. The type of light is any one of continuous light, intensity modulated light, and pulsed light. The light source 1 may be composed of one or a plurality of light sources. Moreover, in order to measure the difference of the optical characteristic value depending on the wavelength, a plurality of light sources having different wavelengths may be used. Hereinafter, the light generated by the light source 1 is referred to as measurement light.
The light source 1 is preferably a laser light source, but a light emitting diode or the like may be used instead of the laser. When a laser light source is used, various types of lasers such as a solid-state laser, a gas laser, a dye laser, and a semiconductor laser can be used.

光導波路3は、光源1から照射された計測光を被検体100の表面に導く手段である。光導波路3には、光ファイバを用いることが好ましい。また、光源が複数個である場合、それぞれの光源に対応する複数の光ファイバを用い、被検体の表面に計測光を導いてもよい。また、複数の光源で発生した計測光を単一の光ファイバに入射させ、被検体の表面に導いてもよい。反対に、一本の光ファイバを分岐させ、被検体の表面に複数の計測光を導いてもよい。なお、光源1を被検体の近傍に配置できる場合、光導波路3は必ずしも使用
しなくてもよい。
The optical waveguide 3 is means for guiding measurement light emitted from the light source 1 to the surface of the subject 100. An optical fiber is preferably used for the optical waveguide 3. When there are a plurality of light sources, a plurality of optical fibers corresponding to the respective light sources may be used to guide measurement light to the surface of the subject. Alternatively, measurement light generated by a plurality of light sources may be incident on a single optical fiber and guided to the surface of the subject. On the contrary, a single optical fiber may be branched and a plurality of measurement lights may be guided to the surface of the subject. In addition, when the light source 1 can be arrange | positioned in the vicinity of a subject, the optical waveguide 3 does not necessarily need to be used.

投光プローブ4は、光導波路3の先端に設けられたプローブであり、被検体に対して計測光を照射する手段である。投光プローブ4は、金属やプラスチック、ゴムなどの筐体で覆われており、計測光が出射する出射面が設けられている。投光プローブ4は、不図示の固定部材によって、被検体表面に配置される。   The light projecting probe 4 is a probe provided at the tip of the optical waveguide 3 and is a means for irradiating the subject with measurement light. The light projecting probe 4 is covered with a housing made of metal, plastic, rubber, or the like, and is provided with an emission surface from which measurement light is emitted. The light projecting probe 4 is arranged on the subject surface by a fixing member (not shown).

受光プローブ5は、被検体内を伝搬した計測光を検出する手段である。受光プローブ5の先端には、計測光が入射する受光面が設けられている。受光プローブ5は、不図示の固定部材によって、被検体表面の、投光プローブ4から所定の距離だけ離れた位置に配置される。   The light receiving probe 5 is means for detecting measurement light propagated in the subject. A light receiving surface on which measurement light is incident is provided at the tip of the light receiving probe 5. The light receiving probe 5 is arranged on the surface of the subject at a position away from the light projecting probe 4 by a predetermined distance by a fixing member (not shown).

ここで、測定対象領域と介在組織について説明する。
被検体100の内部は、装置によって測定を行う対象の領域である測定対象領域101と、測定対象領域よりも表層側に位置する介在組織102に大別される。被検体が生体の頭部である場合、測定対象領域101は大脳皮質であり、介在組織102は頭皮や頭蓋骨などの脳外組織である。
被検体100に入射した光は、減衰および散乱しながら被検体の内部を拡散し、被検体表面から出射する。投光プローブ4から出射され、受光プローブ5に入射する光の経路103は、図に示したように、いわゆるバナナシェープと呼ばれる円弧状の形状となる。計測光は、投光プローブ4から出射されて介在組織102を透過する部分と、測定対象領域101を透過する部分と、介在組織102を透過して受光プローブ5に入射する部分の三つに分けられる。
Here, the measurement target region and the intervening tissue will be described.
The inside of the subject 100 is roughly divided into a measurement target region 101 that is a target region to be measured by the apparatus and an intervening tissue 102 that is located on the surface layer side of the measurement target region. When the subject is the head of a living body, the measurement target region 101 is a cerebral cortex, and the intervening tissue 102 is an extracerebral tissue such as a scalp or a skull.
The light incident on the subject 100 diffuses inside the subject while being attenuated and scattered, and is emitted from the subject surface. The path 103 of the light emitted from the light projecting probe 4 and incident on the light receiving probe 5 has an arc shape called a banana shape as shown in the figure. The measurement light is divided into three parts: a part emitted from the light projecting probe 4 and transmitted through the intervening tissue 102, a part transmitted through the measurement target region 101, and a part transmitted through the intervening tissue 102 and incident on the light receiving probe 5. It is done.

投光プローブ4と受光プローブ5の間隔を調整することによって、光が到達する深さを相対的に調整することができる。被検体が成人の頭部である場合、プローブの間隔を約30mmとすれば、頭皮表面から光が到達する深さを15mmから20mm程度にすることができる。成人の場合、頭皮表面から大脳皮質までの深さは15mm程度であるため、頭皮表面から入射した光は大脳皮質まで到達し、頭皮の表面に戻る。
大脳皮質(測定対象領域101)における光吸収特性が変動すると、大脳皮質を透過する計測光の光量が変動するため、当該変動量を取得することで、脳機能を測定することができる。
しかし、同様に、頭皮において光吸収特性が変動すると、大脳皮質を往復する計測光の光量が変動する。光吸収特性が変化する要因は、例えば血液中の酸化ヘモグロビン、脱酸化ヘモグロビンなどの色素の濃度や量の変化が挙げられる。これにより、大脳皮質に対して行った測定の結果が変動してしまう。
By adjusting the distance between the light projecting probe 4 and the light receiving probe 5, the depth at which the light reaches can be relatively adjusted. When the subject is an adult head, if the distance between the probes is about 30 mm, the depth of light reaching from the scalp surface can be reduced to about 15 mm to 20 mm. In the case of an adult, since the depth from the scalp surface to the cerebral cortex is about 15 mm, light incident from the scalp surface reaches the cerebral cortex and returns to the scalp surface.
When the light absorption characteristics in the cerebral cortex (measurement target region 101) fluctuate, the amount of measurement light transmitted through the cerebral cortex fluctuates, so that the brain function can be measured by acquiring the fluctuation amount.
However, similarly, when the light absorption characteristic fluctuates in the scalp, the amount of measurement light that reciprocates in the cerebral cortex fluctuates. Factors that change the light absorption characteristics include, for example, changes in the concentration and amount of pigments such as oxyhemoglobin and deoxyhemoglobin in blood. This fluctuates the results of measurements performed on the cerebral cortex.

本実施形態に係る生体光測定装置は、介在組織102を透過する光量の変動を取得し、測定結果を補正する。具体的には、計測光が頭皮を往復することによって発生する測定結果の変動、すなわち、投光プローブ4から出射され介在組織102を透過する部分と、介在組織102を透過して受光プローブ5に入射する部分に起因して発生する光の吸収特性の変動を補正する。   The biological light measurement device according to the present embodiment acquires a change in the amount of light that passes through the intervening tissue 102 and corrects the measurement result. Specifically, fluctuations in the measurement result generated when the measurement light reciprocates through the scalp, that is, a portion emitted from the light projecting probe 4 and transmitted through the intervening tissue 102, and transmitted through the intervening tissue 102 to the light receiving probe 5. It corrects fluctuations in the light absorption characteristics caused by the incident part.

構成要素の説明を続ける。
光導波路6は、受光プローブ5に入射した光を光検出器2に導く手段である。光導波路6には、光導波路3と同様に光ファイバを用いることが好ましい。なお、光検出器2を被検体100の近傍に配置できる場合、光導波路6は必ずしも使用しなくてもよい。
Continue to explain the components.
The optical waveguide 6 is a means for guiding the light incident on the light receiving probe 5 to the photodetector 2. It is preferable to use an optical fiber for the optical waveguide 6 as in the optical waveguide 3. In addition, when the photodetector 2 can be disposed in the vicinity of the subject 100, the optical waveguide 6 is not necessarily used.

光検出器2は、被検体内を伝播した光の強度を検出し、電気信号(本発明における第一の信号)に変換する手段である。光検出器2には、フォトダイオード(PD)、アバラン
シェフォトダイオード(APD)、光電子増倍管(PMT)などを用いることができる。
光検出器2が検出した光の強度を取得することで、被検体内部の光吸収特性の時間変化についての情報を得ることができる。また、第一の信号には、光が透過する経路についての情報が含まれる。すなわち、第一の信号には、測定対象領域101および介在組織102の光吸収特性の情報が混在して含まれている。変換された信号は、信号処理部7に送られる。
The photodetector 2 is means for detecting the intensity of light propagated through the subject and converting it into an electrical signal (first signal in the present invention). As the photodetector 2, a photodiode (PD), an avalanche photodiode (APD), a photomultiplier tube (PMT), or the like can be used.
By acquiring the intensity of the light detected by the photodetector 2, it is possible to obtain information about the temporal change in the light absorption characteristics inside the subject. The first signal includes information about a path through which light passes. That is, the first signal includes information on the light absorption characteristics of the measurement target region 101 and the intervening tissue 102 in a mixed manner. The converted signal is sent to the signal processing unit 7.

次に、光音響波測定系について説明する。
光音響波測定系は、被検体に対してパルス光を照射して、当該パルス光に起因して被検体内の光吸収体から発生する音響波を音響波探触子11で検出し、第二の信号に変換する測定系である。
Next, the photoacoustic wave measurement system will be described.
The photoacoustic wave measurement system irradiates the subject with pulsed light, detects the acoustic wave generated from the light absorber in the subject due to the pulsed light with the acoustic probe 11, and It is a measurement system that converts it into a second signal.

パルス光源8は、被検体100に対して照射するパルス光を発生させる手段である。パルス光の波長は、光源1で発生させる光と略同一であることが好ましい。光源1にて発生させる光と波長を合わせることで、第一の信号との対応が取りやすくなる。また、パルス幅は、数ナノ秒から数百ナノ秒オーダーであることが好ましい。以下、パルス光源8にて発生する光を単にパルス光と称する。
パルス光源8はレーザ光源であることが好ましいが、レーザ光源のかわりに発光ダイオードなどを用いてもよい。レーザ光源を使用する場合、固体レーザ、ガスレーザ、色素レーザ、半導体レーザなど、様々な種類のレーザを使用することができる。また、被検体に照射する光の照射強度を上げるため、同じ波長の光を発生させる複数の光源を用いてもよい。
The pulsed light source 8 is means for generating pulsed light that irradiates the subject 100. The wavelength of the pulsed light is preferably substantially the same as the light generated by the light source 1. By matching the light generated by the light source 1 and the wavelength, it is easy to take correspondence with the first signal. The pulse width is preferably on the order of several nanoseconds to several hundred nanoseconds. Hereinafter, the light generated by the pulse light source 8 is simply referred to as pulsed light.
The pulse light source 8 is preferably a laser light source, but a light emitting diode or the like may be used instead of the laser light source. When a laser light source is used, various types of lasers such as a solid-state laser, a gas laser, a dye laser, and a semiconductor laser can be used. Further, in order to increase the irradiation intensity of the light irradiated to the subject, a plurality of light sources that generate light of the same wavelength may be used.

パルス光源8から照射されたパルス光は、光導波路9、第二の投光プローブ10を経由して被検体100に照射される。第二の投光プローブ10は、投光プローブ4および受光プローブ5の近傍にそれぞれ配置される。
光導波路9には、光導波路3と同様に光ファイバを用いることが好ましい。また、パルス光源が複数個である場合、それぞれのパルス光源に対応する複数の光ファイバを用い、被検体100の表面にパルス光を導いてもよい。
また、複数のパルス光源で発生した計測光を単一の光ファイバに導くことで合成し、被検体の表面に導いてもよい。反対に、一本の光ファイバを分岐して、被検体の表面に複数のパルス光を導いてもよい。なお、パルス光源8を被検体100の近傍に配置できる場合、光導波路9は必ずしも使用しなくてもよい。
The pulsed light emitted from the pulsed light source 8 is applied to the subject 100 via the optical waveguide 9 and the second light projecting probe 10. The second light projecting probe 10 is disposed in the vicinity of the light projecting probe 4 and the light receiving probe 5.
It is preferable to use an optical fiber for the optical waveguide 9 as in the case of the optical waveguide 3. Further, when there are a plurality of pulse light sources, a plurality of optical fibers corresponding to the respective pulse light sources may be used to guide the pulse light to the surface of the subject 100.
Alternatively, measurement light generated by a plurality of pulsed light sources may be combined by being guided to a single optical fiber and guided to the surface of the subject. Conversely, a plurality of pulsed light beams may be guided to the surface of the subject by branching one optical fiber. If the pulse light source 8 can be disposed in the vicinity of the subject 100, the optical waveguide 9 is not necessarily used.

音響波探触子11は、被検体の内部で発生した音響波を電気信号(本発明における第二の信号)に変換する手段であり、本発明における音響波受信手段である。
ここで、被検体の内部で発生する音響波について説明する。
被検体100に照射されるパルス光は、吸収減衰されながら被検体100内部に拡散していく。そして、被検体100内で光吸収体が光エネルギーを吸収することで音響波が発生する。発生する音響波の初期音圧Pは、数式1で表すことができる。
P=Γ×μ×φ ・・・(数式1)
ここで、Γはグリューナイゼン定数、μは光吸収体における光の吸収係数、φは光吸収体に到達するパルス光の光量である。発生する音響波の音圧は、吸収される光エネルギー(μ×φ)に比例する。音響波探触子11は、このようにして発生した音響波を受信する。
The acoustic wave probe 11 is a means for converting an acoustic wave generated inside the subject into an electric signal (second signal in the present invention), and is an acoustic wave receiving means in the present invention.
Here, acoustic waves generated inside the subject will be described.
The pulsed light applied to the subject 100 is diffused into the subject 100 while being attenuated by absorption. Then, an acoustic wave is generated when the light absorber absorbs light energy in the subject 100. The initial sound pressure P of the generated acoustic wave can be expressed by Equation 1.
P = Γ × μ a × φ (Formula 1)
Here, Γ is the Grueneisen constant, μ a is the light absorption coefficient in the light absorber, and φ is the amount of pulsed light that reaches the light absorber. The sound pressure of the generated acoustic wave is proportional to the absorbed light energy (μ a × φ). The acoustic wave probe 11 receives the acoustic wave generated in this way.

音響波探触子は、単に探触子あるいは音響波探触子、トランスデューサとも呼ばれる。なお、本発明における音響波とは、典型的には超音波であり、音波、超音波、光音響波、光超音波と呼ばれる弾性波を含む。音響波探触子11は、単一の音響波探触子からなってもよいし、複数の音響波探触子からなってもよい。さらに、投光プローブ4(または受光
プローブ5)を挟む形で、第二の投光プローブ10と音響波探触子11を配置してもよい。
また、音響波探触子11は、感度が高く、周波数帯域が広いものが望ましい。具体的にはPZT(圧電セラミックス)、PVDF(ポリフッ化ビニリデン樹脂)、CMUT(容量性マイクロマシン超音波トランスデューサ)、ファブリペロー干渉計を用いたものなどが挙げられる。ただし、ここに挙げたものだけに限定されず、探触子としての機能を満たすものであれば、どのようなものであってもよい。
The acoustic wave probe is also simply called a probe, an acoustic wave probe, or a transducer. The acoustic wave in the present invention is typically an ultrasonic wave, and includes an elastic wave called a sound wave, an ultrasonic wave, a photoacoustic wave, and an optical ultrasonic wave. The acoustic wave probe 11 may be composed of a single acoustic wave probe or a plurality of acoustic wave probes. Further, the second light projecting probe 10 and the acoustic wave probe 11 may be arranged so as to sandwich the light projecting probe 4 (or the light receiving probe 5).
In addition, it is desirable that the acoustic wave probe 11 has high sensitivity and a wide frequency band. Specific examples include PZT (piezoelectric ceramics), PVDF (polyvinylidene fluoride resin), CMUT (capacitive micromachined ultrasonic transducer), and those using a Fabry-Perot interferometer. However, the present invention is not limited to those listed here, and any one may be used as long as it satisfies the function as a probe.

また、音響波探触子11は、複数の受信素子が一次元、或いは二次元に配置されたものであってもよい。多次元配列素子を用いると、同時に複数の場所で音響波を受信することができるため、測定時間を短縮することができ、被検体の振動などの影響を低減することができる。なお、探触子が被検体よりも小さい場合は、探触子を走査させて複数の位置で音響波を受信するようにしても良い。
また、音響波探触子11が取得した信号のレベルが小さい場合、増幅器を用いて信号強度を増幅することが好ましい。また、音響波探触子11と被検体100との間には、音波の反射を抑えるための音響インピーダンスマッチング剤(不図示)を配置してもよい。
音響波探触子11が取得した第二の信号は、信号処理部7に送られる。
The acoustic wave probe 11 may be one in which a plurality of receiving elements are arranged one-dimensionally or two-dimensionally. When a multidimensional array element is used, acoustic waves can be received at a plurality of locations at the same time, so that the measurement time can be shortened and the influence of vibration of the subject can be reduced. If the probe is smaller than the subject, the probe may be scanned to receive acoustic waves at a plurality of positions.
In addition, when the level of the signal acquired by the acoustic wave probe 11 is small, it is preferable to amplify the signal intensity using an amplifier. An acoustic impedance matching agent (not shown) for suppressing the reflection of sound waves may be disposed between the acoustic probe 11 and the subject 100.
The second signal acquired by the acoustic probe 11 is sent to the signal processing unit 7.

信号処理部7は、音響波探触子11によって得られた第二の信号をデジタル信号に変換し、画像データを生成(再構成)する手段である。また、第二の信号を用いて第一の信号を補正する、信号補正手段である。具体的な補正方法については後述する。
信号処理部7は、コンピュータによって実現してもよいし、専用に設計されたハードウェアやFPGA(Field Programmable Gate Array)等によって実現してもよい。また、
信号処理部7は、アナログ信号をデジタル信号に変換するA/Dコンバータや、解析に必要な情報や解析結果を保持する記憶媒体などを含んでいてもよい。
また、信号処理部7が実行する画像再構成方法には、例えば、フーリエ変換法、ユニバーサルバックプロジェクション法やフィルタードバックプロジェクション法、逐次再構成法などがあるが、どのような画像再構成方法を用いても構わない。
The signal processing unit 7 is a unit that converts the second signal obtained by the acoustic probe 11 into a digital signal and generates (reconstructs) image data. Further, it is a signal correction unit that corrects the first signal using the second signal. A specific correction method will be described later.
The signal processing unit 7 may be realized by a computer, or may be realized by dedicated hardware, FPGA (Field Programmable Gate Array), or the like. Also,
The signal processing unit 7 may include an A / D converter that converts an analog signal into a digital signal, a storage medium that holds information necessary for analysis and an analysis result, and the like.
Examples of the image reconstruction method executed by the signal processing unit 7 include a Fourier transform method, a universal back projection method, a filtered back projection method, a sequential reconstruction method, and the like. It doesn't matter.

表示部12は、信号処理部7で生成された再構成画像を表示する手段である。表示部12には、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ELディスプレイ、FEDなどを利用することができる。   The display unit 12 is a means for displaying the reconstructed image generated by the signal processing unit 7. As the display unit 12, a liquid crystal display, a plasma display, an organic EL display, an FED, or the like can be used.

<介在組織の影響を除去する方法>
次に、取得した第一の信号を補正することで、測定結果から介在組織の影響を除去する方法について具体的に説明する。
まず、音響波探触子が取得した第二の信号を用いて、介在組織を透過する計測光の光量を取得する方法について述べ、次に、取得した結果に基づいて測定信号(第一の信号)を補正する方法について述べる。
<How to remove the influence of intervening tissues>
Next, a method for removing the influence of the intervening tissue from the measurement result by correcting the acquired first signal will be specifically described.
First, a method for acquiring the amount of measurement light transmitted through the intervening tissue using the second signal acquired by the acoustic wave probe will be described, and then the measurement signal (first signal) based on the acquired result. ) Will be described.

<<介在組織を透過する光量の取得>>
被検体が生体の頭部である場合、介在組織は頭皮であり、介在組織内の光吸収体とは、頭皮の表面付近にあるメラニンや毛細血管などである。これら毛細血管中の血流が、光吸収特性の変動要因となる。これらの光吸収体に関する情報(光学関連情報)は、パルス光に起因して発生する音響波を解析することで取得することができる。
音響波探触子11に対して毛細血管は微小であるため、介在組織は均質であるとみなせる。また、被検体表面に照射される光量は一定であるため、吸収される光エネルギーは、光の吸収係数にほぼ比例する。従って、パルス光に起因して介在組織内で発生する音響波の音圧は、介在組織の吸収係数にほぼ比例する。
<< Acquiring the amount of light transmitted through the intervening tissue >>
When the subject is the head of a living body, the intervening tissue is the scalp, and the light absorber in the intervening tissue is melanin or capillaries near the surface of the scalp. The blood flow in these capillaries becomes a variable factor of light absorption characteristics. Information about these light absorbers (optical related information) can be obtained by analyzing acoustic waves generated due to pulsed light.
Since the capillaries are minute relative to the acoustic wave probe 11, the intervening tissue can be regarded as homogeneous. Further, since the amount of light irradiated on the subject surface is constant, the absorbed light energy is substantially proportional to the light absorption coefficient. Therefore, the sound pressure of the acoustic wave generated in the intervening tissue due to the pulsed light is substantially proportional to the absorption coefficient of the intervening tissue.

また、音源と音響波探触子との距離および音速から、音源の位置を特定することができる。つまり、第二の投光プローブ10と音響波探触子11との距離と、介在組織内の音速がわかれば、介在組織で発生する音響波が検出される時刻を特定できる。すなわち、介在組織内で発生した音響波の音圧を取得することができる。   Further, the position of the sound source can be specified from the distance between the sound source and the acoustic wave probe and the sound speed. That is, when the distance between the second light projecting probe 10 and the acoustic wave probe 11 and the speed of sound in the intervening tissue are known, the time at which the acoustic wave generated in the intervening tissue is detected can be specified. That is, the sound pressure of the acoustic wave generated in the intervening tissue can be acquired.

前述したように、介在組織の吸収係数は、音響波の音圧と相関がある。すなわち、この相関を表すデータがあれば、受信した音響波の音圧から、介在組織を透過する計測光の光量を求めることができる。ここでは、光の伝播解析および音響波の伝播解析を行うことで当該相関を求める例について述べる。   As described above, the absorption coefficient of the intervening tissue has a correlation with the sound pressure of the acoustic wave. That is, if there is data representing this correlation, the amount of measurement light transmitted through the intervening tissue can be obtained from the sound pressure of the received acoustic wave. Here, an example in which the correlation is obtained by performing light propagation analysis and acoustic wave propagation analysis will be described.

光の伝播解析は、公知の手法であるモンテカルロ法を用いて行った。例えば、生体の光学定数やシミュレーションの方法は、非特許文献2にて報告されている。
また、音響波の伝播解析には、公知の解析ソフトを使用した。超音波を取り扱える解析ソフトとして、例えば、University College Londonにて公開されている、k-waveがある

本例では、図2に示したような、頭部を模擬した縦横64ミリメートル四方の二次元のモデルを作成した。当該モデルは、空気110、音響マッチング材111、頭皮112、頭蓋骨113、脳髄液114、大脳皮質115の6層構造となっている。頭皮112表面には、幅1mmの光照射領域Wが設定されている。
このようなモデルを用いて、光伝播解析を行うことで、光の吸収エネルギー(数式1におけるμ×φ)の分布を求め、次に、吸収エネルギー分布を元に初期音圧(数式1におけるP)を求め、最後に音響波の伝播解析を行った。本例では、光照射領域Wの中心から5mm離れた位置に音響波探触子11があるものとして、到達する圧力波を求めた。解析に使用した各層の厚さ、および光学特性、音響特性を表1に示す。使用したパラメータは
、各物質における代表的な値である。

Figure 0006245863
The light propagation analysis was performed using the Monte Carlo method which is a known method. For example, Non-Patent Document 2 reports on the optical constants and simulation methods of living organisms.
For the acoustic wave propagation analysis, known analysis software was used. As an analysis software that can handle ultrasound, for example, there is k-wave, which is published at University College London.
In this example, as shown in FIG. 2, a two-dimensional model of 64 millimeters in length and width was simulated to simulate the head. The model has a six-layer structure of air 110, acoustic matching material 111, scalp 112, skull 113, cerebrospinal fluid 114, and cerebral cortex 115. A light irradiation area W having a width of 1 mm is set on the surface of the scalp 112.
By performing light propagation analysis using such a model, the distribution of light absorption energy (μ a × φ in Equation 1) is obtained, and then the initial sound pressure (in Equation 1 is calculated based on the absorption energy distribution). P) was obtained, and finally acoustic wave propagation analysis was performed. In this example, assuming that the acoustic wave probe 11 is located at a position 5 mm away from the center of the light irradiation region W, the reaching pressure wave was obtained. Table 1 shows the thickness, optical characteristics, and acoustic characteristics of each layer used in the analysis. The parameters used are typical values for each substance.
Figure 0006245863

この結果得られた、光の吸収エネルギー分布を図3に示す。図3の縦軸が垂直方向、横軸が水平方向である。図3は、光照射領域を水平方向の中心として、頭皮112から深さ30mmまでの領域を拡大して表示したものである。また、等高線は最大値を1に規格化して、対数スケールで表示している。図3より、頭皮112内の領域において、黒色で示した光照射部直下の領域116で光の吸収エネルギーが最大になっていることがわかる。従って、光照射部直下の領域116において、最大の初期音圧が発生する。また、光の吸収エネルギー分布から、大脳皮質115表面に照射される計測光の光量(すなわち、介在組織を透過する光量)も得られる。   FIG. 3 shows the light absorption energy distribution obtained as a result. The vertical axis in FIG. 3 is the vertical direction, and the horizontal axis is the horizontal direction. FIG. 3 is an enlarged view of the region from the scalp 112 to a depth of 30 mm with the light irradiation region as the center in the horizontal direction. Contour lines are displayed in a logarithmic scale with the maximum value normalized to 1. From FIG. 3, it can be seen that in the region within the scalp 112, the light absorption energy is maximized in the region 116 immediately below the light irradiation portion shown in black. Therefore, the maximum initial sound pressure is generated in the region 116 immediately below the light irradiation part. Further, from the light absorption energy distribution, the amount of measurement light irradiated on the surface of the cerebral cortex 115 (that is, the amount of light transmitted through the intervening tissue) is also obtained.

光の吸収エネルギー分布を初期音圧分布であるとみなして、音響波の伝播解析を行った結果を図4に示す。図の横軸が時間、縦軸が音響波探触子に到達する音圧の波形である。光照射領域と音響波探触子との距離(5mm)と頭皮112における音速(1540m/
s)の関係から、図中の約3.3μsの時刻に現れるピークが、頭皮112で発生する音響波に由来することが分かる。すなわち、図中の頭皮112に相当する振幅Aから、頭皮
112での光の吸収エネルギーに関する情報が得られる。
FIG. 4 shows the result of acoustic wave propagation analysis assuming that the light absorption energy distribution is the initial sound pressure distribution. In the figure, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the sound pressure waveform reaching the acoustic wave probe. The distance (5 mm) between the light irradiation region and the acoustic wave probe and the sound speed (1540 m / s) on the scalp 112
From the relationship of s), it can be seen that the peak appearing at the time of about 3.3 μs in the figure is derived from the acoustic wave generated in the scalp 112. That is, information on the absorbed energy of light in the scalp 112 is obtained from the amplitude A corresponding to the scalp 112 in the figure.

同様の解析を、頭皮112の吸収係数を0.8から1.2倍に変更して実施した。吸収係数と頭皮112で発生する音響波の振幅Aとの関係を図5(a)に示す。図の横軸は頭皮112の吸収係数、縦軸は頭皮112で発生する音響波の振幅である。両軸とも、表1の条件で計算した結果で規格化して表示している。図5(a)より、頭皮112の吸収係数と、発生する音響波の振幅には比例関係があることが分かる。   A similar analysis was performed by changing the absorption coefficient of the scalp 112 from 0.8 to 1.2 times. FIG. 5A shows the relationship between the absorption coefficient and the amplitude A of the acoustic wave generated on the scalp 112. In the figure, the horizontal axis represents the absorption coefficient of the scalp 112, and the vertical axis represents the amplitude of the acoustic wave generated in the scalp 112. Both axes are normalized and displayed with the results calculated under the conditions in Table 1. FIG. 5A shows that there is a proportional relationship between the absorption coefficient of the scalp 112 and the amplitude of the generated acoustic wave.

次に、光伝播解析で求めた、頭皮112の吸収係数と大脳皮質115表面に照射される光量の関係を図5(b)に示す。図の横軸は頭皮112の吸収係数、縦軸は大脳皮質115表面に照射される光量を表す。両軸とも、表1の条件で計算した結果で規格化して表示している。図5(b)より、大脳皮質115表面に照射される光量と頭皮112の吸収係数には負の相関があることが分かる。
図5(a)および図5(b)より求めた、頭皮112で発生する音響波の振幅と、大脳皮質115表面に照射される光量の関係を、図5(c)に示す。図5(c)より、大脳皮質115表面に照射される光量と、頭皮112で発生する音響波の振幅には負の相関があることが分かる。このような、図5(c)に相当するデータがあれば、頭皮112で発生する音響波の振幅の変化から、大脳皮質115表面に照射される計測光の光量の変化を推定することができる。
なお、受信した音響波から、介在組織を透過する計測光の光量を求めることができれば、振幅以外を用いてもよい。例えば、音響波の波形の傾きや自乗平均、FFTを実行した時のパワーなどを用いてもよい。
Next, FIG. 5B shows the relationship between the absorption coefficient of the scalp 112 and the amount of light applied to the surface of the cerebral cortex 115 obtained by light propagation analysis. In the figure, the horizontal axis represents the absorption coefficient of the scalp 112, and the vertical axis represents the amount of light applied to the surface of the cerebral cortex 115. Both axes are normalized and displayed with the results calculated under the conditions in Table 1. FIG. 5B shows that there is a negative correlation between the amount of light applied to the surface of the cerebral cortex 115 and the absorption coefficient of the scalp 112.
FIG. 5C shows the relationship between the amplitude of the acoustic wave generated on the scalp 112 and the amount of light applied to the surface of the cerebral cortex 115, obtained from FIGS. 5A and 5B. FIG. 5C shows that there is a negative correlation between the amount of light applied to the surface of the cerebral cortex 115 and the amplitude of the acoustic wave generated on the scalp 112. If there is such data corresponding to FIG. 5C, it is possible to estimate a change in the amount of measurement light irradiated on the surface of the cerebral cortex 115 from a change in the amplitude of the acoustic wave generated in the scalp 112. .
In addition, as long as the light quantity of the measurement light which permeate | transmits an intervening tissue can be calculated | required from the received acoustic wave, you may use other than an amplitude. For example, the inclination of the waveform of the acoustic wave, the root mean square, the power when the FFT is executed, or the like may be used.

<測定信号の補正方法>
次に、第一の信号を補正する具体的な方法について説明する。
始めに、被検体を測定する際の基準となる「対照状態」と「換算テーブル」について説明する。対照状態とは、被検体に負荷を課していない状態、もしくは被検体の状態を一定にする標準的な負荷を課している状態(コントロール)である。
また、換算テーブルとは、図5(c)に示したような、介在組織で発生した音響波の振幅と、介在組織を透過する光量との関係を表したテーブルである。本実施形態では、換算テーブルを用いて、介在組織を透過する計測光の光量が少なくなるほど、第一の信号を増幅する方向に補正を行う。
換算テーブルは、前述したようなシミュレーション、あるいはファントムや動物実験などによって事前に作成することができる。また、換算テーブルは、標準的な被検体に対応するものを一つだけ使用してもよいし、被検体に応じて複数用意してもよい。例えば、介在組織の厚さは、被検体の測定部位や被検者の年齢、性別、体格などに応じて変わる。そこで、介在組織の厚さに応じた換算テーブルを事前に複数用意し、対象の被検体に適合する換算テーブルを選択するようにしてもよい。
なお、換算テーブルの選択は、磁気共鳴映像法やX線断層像などによって取得した情報を用いて行うことができる。また、被検体を複数回測定した後に、安定して頭皮の影響を補正できている換算テーブルを事後的に選択するようにしてもよい。
<Measurement signal correction method>
Next, a specific method for correcting the first signal will be described.
First, the “control state” and the “conversion table”, which serve as a reference when measuring the subject, will be described. The control state is a state in which no load is imposed on the subject, or a state in which a standard load that makes the state of the subject constant is imposed (control).
The conversion table is a table that represents the relationship between the amplitude of the acoustic wave generated in the intervening tissue and the amount of light transmitted through the intervening tissue, as shown in FIG. In the present embodiment, using the conversion table, correction is performed in the direction in which the first signal is amplified as the amount of measurement light transmitted through the intervening tissue decreases.
The conversion table can be created in advance by simulation as described above, phantom or animal experiment. Further, only one conversion table corresponding to a standard subject may be used, or a plurality of conversion tables may be prepared according to the subject. For example, the thickness of the intervening tissue varies depending on the measurement site of the subject and the age, sex, and physique of the subject. Therefore, a plurality of conversion tables corresponding to the thickness of the intervening tissue may be prepared in advance, and a conversion table suitable for the target subject may be selected.
The conversion table can be selected using information acquired by magnetic resonance imaging, X-ray tomography, or the like. Further, after measuring the subject a plurality of times, a conversion table that can stably correct the influence of the scalp may be selected afterwards.

第一および第二の信号の取得は、まず、対照状態にある被検体に対して行われる(第一の測定)。そして、第二の信号から、介在組織内で発生した音響波に相当する振幅Aを取得する。なお、振幅Aの取得は、単一の信号を用いて行ってもよいし、複数回の測定を行ったうえで平均化してもよい。 The acquisition of the first and second signals is first performed on the subject in the control state (first measurement). Then, the amplitude A 0 corresponding to the acoustic wave generated in the intervening tissue is acquired from the second signal. The acquisition of the amplitude A 0 may be performed using a single signal, or may be averaged after performing a plurality of measurements.

次に、被検体に負荷を課しながら、第一および第二の信号を測定し(第二の測定)、取得した第二の信号から、頭皮の音響波に相当する振幅Aを得る。そして、振幅の変化量(A/A)と換算テーブルを用いて、第一の測定および第二の測定における、透過す
る光量の変化量Tを得る。最後に、変化量の逆数(1/T)を補正量Kとして、第二の測定にて取得した第一の信号を補正する。
なお、本実施形態では、光音響波測定系は、投光プローブおよび受光プローブの近傍それぞれに設けられている。このような場合、投光側と受光側の光音響波測定系それぞれについて補正量Kを取得すればよい。数式2に示すように、第一の信号に補正係数を乗ずることで、介在組織の吸収係数の変化を補正した信号を得ることができる。なお、Iは第一の信号、I’は補正後の信号、Kは投光プローブ側の補正量、Kは受光プローブ側の補正量を表す。
I’=I×(K×K) ・・・(数式2)
なお、当該処理は、第一の測定から第二の測定までの間に生じた計測光の光量の変化を補正するためのものであるため、対照状態で取得した信号を補正する必要はない。よって、第一の測定で取得した第一の信号は、補正せずに使用する(I’=I)。
Then, while imposing a load on the subject, the first and second signals measured (second measurement of) from the second signal acquired to obtain the amplitude A 1 corresponding to the acoustic wave of the scalp. Then, using a conversion table change amount of the amplitude (A 1 / A 0), in the first measurement and the second measurement is performed to obtain the amount of change T of the transmitted light intensity. Finally, the first signal acquired in the second measurement is corrected using the reciprocal (1 / T) of the change amount as the correction amount K.
In the present embodiment, the photoacoustic wave measurement system is provided near each of the light projecting probe and the light receiving probe. In such a case, the correction amount K may be acquired for each of the photoacoustic wave measurement systems on the light projecting side and the light receiving side. As shown in Equation 2, a signal in which the change in the absorption coefficient of the intervening tissue is corrected can be obtained by multiplying the first signal by the correction coefficient. Incidentally, I is the first signal, I 'is the corrected signal, K s is the light projecting probe side of the correction amount, the K D represents the correction amount of the light receiving probe side.
I ′ = I × (K s × K D ) (Formula 2)
In addition, since the said process is for correct | amending the change of the light quantity of the measurement light which arose from the 1st measurement to the 2nd measurement, it is not necessary to correct | amend the signal acquired in the contrast state. Therefore, the first signal acquired in the first measurement is used without correction (I ′ = I).

なお、複数の波長に対して信号I’を測定することで、光の吸収特性の波長依存性を得ることができる。被検体内の測定対象成分(例えば酸化ヘモグロビンや脱酸化ヘモグロビン)の光吸収特性は、成分ごとに波長依存性が異なる。従って、複数の波長に対して、補正した信号I’を測定することで、測定対象領域における測定対象成分の濃度変化を算出することができる。
例えば、測定対象成分が酸化ヘモグロビンや脱酸化ヘモグロビンである場合、波長が700nm以上、1100nm以下である二以上の波長を用いればよい。酸化ヘモグロビンと脱酸化ヘモグロビンの光吸収係数は、800nm付近で大小関係が逆転するため、少なくとも800nmを挟んだ二つ以上の波長を選択することが好ましい。例えば、700nmと830nmの波長を用いることで相対濃度変化を計測することができる。
In addition, the wavelength dependence of the light absorption characteristic can be obtained by measuring the signal I ′ for a plurality of wavelengths. The light absorption characteristics of the measurement target component (for example, oxyhemoglobin or deoxyhemoglobin) in the subject have different wavelength dependencies for each component. Therefore, by measuring the corrected signal I ′ for a plurality of wavelengths, it is possible to calculate the concentration change of the measurement target component in the measurement target region.
For example, when the measurement target component is oxygenated hemoglobin or deoxygenated hemoglobin, two or more wavelengths having wavelengths of 700 nm or more and 1100 nm or less may be used. The light absorption coefficient of oxyhemoglobin and deoxyhemoglobin is reversed in magnitude relation around 800 nm, and therefore, it is preferable to select two or more wavelengths sandwiching at least 800 nm. For example, the relative density change can be measured by using wavelengths of 700 nm and 830 nm.

<処理フローチャート>
図6に、本実施形態に係る生体光測定装置が行う処理のフローチャートを示す。なお、被検体に対するプローブ等の設置および、前述した対照状態の測定(第一の測定)と換算テーブルの準備は完了しているものとする。
始めに、特定の波長の光を被検体に照射し、光強度測定系を用いて第一の信号を測定する(ステップS1)。次に、ステップS1と同じ波長のパルス光を被検体に照射し、光音響測定系を用いて第二の信号を測定する(ステップS2)。ステップS1およびS2は、短い間隔で実行することが好ましい。
次に、第一および第二の測定で取得した音響波に基づいて、介在組織内で発生した音響波に相当する振幅を取得し、当該振幅の変化量を算出し、換算テーブルを用いて第一の信号の補正量を算出する(ステップS3)。もし、換算テーブルが複数ある場合、被検体の条件に最も適した換算テーブルを選択して処理を行う。
次に、算出した補正量を用いて、ステップS1で取得した第一の信号を補正する(ステップS4)。
<Process flowchart>
FIG. 6 shows a flowchart of processing performed by the biological light measurement apparatus according to the present embodiment. It is assumed that the installation of the probe and the like for the subject, the measurement of the control state (first measurement), and the preparation of the conversion table are completed.
First, the subject is irradiated with light of a specific wavelength, and the first signal is measured using a light intensity measurement system (step S1). Next, the subject is irradiated with pulsed light having the same wavelength as in step S1, and the second signal is measured using the photoacoustic measurement system (step S2). Steps S1 and S2 are preferably performed at short intervals.
Next, based on the acoustic waves acquired in the first and second measurements, the amplitude corresponding to the acoustic waves generated in the intervening tissue is acquired, the amount of change in the amplitude is calculated, and the conversion table is used to calculate the amplitude. The correction amount of one signal is calculated (step S3). If there are a plurality of conversion tables, the conversion table most suitable for the condition of the subject is selected and processed.
Next, the first signal acquired in step S1 is corrected using the calculated correction amount (step S4).

さらに、全ての波長に対して測定が完了したかを判定し(ステップS5)、完了していなければ、処理をステップS1に遷移させ、再度測定を行う。全ての波長に対して測定が完了していたら、処理をステップS6に遷移させる。
次に、波長ごとに測定した結果を用い、吸収特性の波長依存性から、被検体を構成する物質の濃度変化を算出する(ステップS6)。
なお、経時的な変化を測定する場合、所定の測定時間が終了するまで、ステップS1からステップS6の処理を繰り返す(ステップS7)。経時的な変化を測定する際は、被検体内部の変化に対して十分な時間分解能を有する周期で測定を繰り返せばよい。例えば、大脳皮質の血液は百ミリ秒から秒オーダーの周期で変化するため、血流の変化周期よりも小さい周期で測定すればよい。また、経時的な変化の測定中に被検体に負荷を課すことで、対照状態に対する内部状態の変化を測定することができる。内部状態の変化を測定する
対象としては、例えば、脳の賦活領域を測定する脳機能測定などが挙げられる。
Further, it is determined whether measurement has been completed for all wavelengths (step S5). If not completed, the process proceeds to step S1, and measurement is performed again. If measurement has been completed for all wavelengths, the process proceeds to step S6.
Next, using the measurement result for each wavelength, the concentration change of the substance constituting the subject is calculated from the wavelength dependence of the absorption characteristics (step S6).
When measuring the change over time, the processing from step S1 to step S6 is repeated until the predetermined measurement time is over (step S7). When measuring a change over time, the measurement may be repeated at a period having a sufficient time resolution with respect to the change inside the subject. For example, since blood in the cerebral cortex changes in a cycle on the order of one hundred milliseconds to a second, it may be measured in a cycle smaller than the change cycle of the blood flow. Further, by imposing a load on the subject during measurement of changes over time, changes in the internal state relative to the control state can be measured. Examples of the target for measuring a change in the internal state include brain function measurement for measuring an activation region of the brain.

このように、第一の実施形態に係る生体光測定装置は、介在組織内で発生した音響波信号を取得することで、介在組織(頭皮)の影響を除去することができ、測定対象領域(大脳皮質)で発生した信号の変化をより正確に取得することができる。
前述した通り、従来技術に係る測定装置では、介在組織を透過する計測光の光量を正確に取得できず、被検体の内部情報を精度よく取得することができなかった。これに対して、本実施形態に係る生体光測定装置では、介在組織における光吸収特性を正確に取得できるため、介在組織の影響を正確に除去することができ、測定精度を向上させることができる。
As described above, the biological light measurement apparatus according to the first embodiment can remove the influence of the intervening tissue (scalp) by acquiring the acoustic wave signal generated in the intervening tissue, and the measurement target region ( It is possible to acquire the change of the signal generated in the cerebral cortex more accurately.
As described above, the measurement apparatus according to the prior art cannot accurately acquire the amount of measurement light transmitted through the intervening tissue and cannot accurately acquire the internal information of the subject. On the other hand, in the living body light measurement device according to the present embodiment, since the light absorption characteristics in the intervening tissue can be accurately acquired, the influence of the intervening tissue can be accurately removed, and the measurement accuracy can be improved. .

なお、本実施形態で示したフローチャートは一例であり、同等の機能を実現できれば、処理順などを入れ替えてもよい。例えば、第一の信号の測定および第二の信号の測定の順番が逆になってもよい。また、所定の測定が全て終了してから、補正および濃度変化の算出を行っても良い。また、第一の信号に対して第二の信号の変化速度が緩やかであるとみなせる場合は、第二の信号の測定を間引きしてもよい。   Note that the flowchart shown in the present embodiment is an example, and the processing order may be changed as long as an equivalent function can be realized. For example, the order of measurement of the first signal and measurement of the second signal may be reversed. Further, correction and density change calculation may be performed after all predetermined measurements are completed. Further, when the change rate of the second signal can be regarded as moderate with respect to the first signal, the measurement of the second signal may be thinned out.

(第二の実施形態)
第一の実施形態では、投光プローブ4の近傍と受光プローブ5の近傍に、それぞれ第二の投光プローブ10と音響波探触子11を配置した。すなわち、複数組の光音響波測定系を用いて測定を行った。これに対して第二の実施形態は、単一の光音響波測定系を用いて測定を行う実施形態である。
第二の実施形態は、介在組織に起因する測定信号の変動量が、位置に依存せず同一であるとみなせる場合に適用できる。
図7は、第二の実施形態に係る生体光測定装置の構成図である。本例では、投光プローブ4および受光プローブ5の略中間に、第二の投光プローブ10および音響波探触子11をそれぞれ配置する。他の構成は、第一の実施形態と同様である。なお、第二の投光プローブ10および音響波探触子11は、介在組織に起因する信号の変動が略同一であるとみなせる位置であれば、どこに配置してもよい。
(Second embodiment)
In the first embodiment, the second light projecting probe 10 and the acoustic wave probe 11 are disposed in the vicinity of the light projecting probe 4 and the light receiving probe 5, respectively. That is, the measurement was performed using a plurality of sets of photoacoustic wave measurement systems. In contrast, the second embodiment is an embodiment in which measurement is performed using a single photoacoustic wave measurement system.
The second embodiment can be applied to the case where the variation amount of the measurement signal caused by the intervening tissue can be regarded as the same regardless of the position.
FIG. 7 is a configuration diagram of the biological light measurement device according to the second embodiment. In the present example, the second light projecting probe 10 and the acoustic wave probe 11 are arranged approximately in the middle between the light projecting probe 4 and the light receiving probe 5. Other configurations are the same as those of the first embodiment. The second light projecting probe 10 and the acoustic wave probe 11 may be arranged anywhere as long as the signal fluctuations caused by the intervening tissues can be regarded as substantially the same.

本実施形態でも第一の実施形態と同様に補正係数Kを取得するが、光音響測定系が一つであるため、ステップS4の処理において、数式3を用いて補正計数を決定する。Kは、光音響測定系における補正量である。
I’=I×(K×K) ・・・(数式3)
被検体100が頭部である場合、大脳皮質の局所的な変化と比較して、水平方向における頭皮血流の変化は相対的に少ないと考えられるため、単一の補正計数を用いても大きな誤差は発生しないと考えられる。従って、本実施形態のような構成とすることで、光音響波測定系の数を減らし、装置のコストを削減することができる。
In this embodiment, the correction coefficient K is acquired as in the first embodiment. However, since there is only one photoacoustic measurement system, the correction coefficient is determined using Equation 3 in the process of step S4. K is a correction amount in the photoacoustic measurement system.
I ′ = I × (K × K) (Formula 3)
When the subject 100 is the head, it is considered that the change in scalp blood flow in the horizontal direction is relatively small compared to the local change in the cerebral cortex. It is considered that no error occurs. Therefore, with the configuration as in this embodiment, the number of photoacoustic wave measurement systems can be reduced and the cost of the apparatus can be reduced.

(第三の実施形態)
第一および第二の実施形態では、光強度測定系と光音響測定系とでそれぞれ異なる光源を使用した。これに対して第三の実施形態は、共通のパルス光源を用いて測定を行う実施形態である。
図8は、第三の実施形態に係る生体光測定装置の構成図である。本例では、共通の光源であるパルス光源13を用い、光導波路14によってパルス光を分岐させている。他の構成は、第一の実施形態と同様である。なお、図8の例では、投光プローブ15も、光強度測定系と光音響測定系とで共通のものを使用しているが、別個のものを使用してもよい。
(Third embodiment)
In the first and second embodiments, different light sources are used for the light intensity measurement system and the photoacoustic measurement system. In contrast, the third embodiment is an embodiment in which measurement is performed using a common pulse light source.
FIG. 8 is a configuration diagram of the biological light measurement device according to the third embodiment. In this example, a pulsed light source 13 which is a common light source is used, and pulsed light is branched by an optical waveguide 14. Other configurations are the same as those of the first embodiment. In the example of FIG. 8, the light projecting probe 15 is also common to the light intensity measurement system and the photoacoustic measurement system, but may be a separate one.

光検出器2は、パルス光源13から発せられ被検体を伝播したパルス光を第一の信号として検出し、音響波探触子11は、パルス光源13から発せられたパルス光により被検体
内で発生した音響波を第二の信号として検出する。第一の信号および第二の信号は同時に測定してもよいし、別々に測定してもよい。このような構成とすることで、使用する光源および光導波路、投光プローブの数を減らし、装置のコストを削減することができる。
The photodetector 2 detects the pulsed light emitted from the pulsed light source 13 and propagated through the subject as a first signal, and the acoustic probe 11 is detected in the subject by the pulsed light emitted from the pulsed light source 13. The generated acoustic wave is detected as a second signal. The first signal and the second signal may be measured simultaneously or separately. With such a configuration, the number of light sources, optical waveguides, and light projection probes to be used can be reduced, and the cost of the apparatus can be reduced.

(第四の実施形態)
第一ないし第三の実施形態では、対照状態と、被検体に負荷を課した状態で測定を行い、計測光の光量の変化を用いて信号を補正した。これに対して第四の実施形態は、第二の信号から得られる介在組織の光吸収特性の経時的な変化を用いて、第一の信号の経時的な変化から介在組織の情報を除去する実施形態である。すなわち、被検体に負荷を課しながら複数回の測定を連続して行う実施形態である。第四の実施形態に係る生体光測定装置の構成は、第一ないし第三の実施形態と同様である。
(Fourth embodiment)
In the first to third embodiments, the measurement is performed in the control state and in a state where a load is imposed on the subject, and the signal is corrected using the change in the amount of measurement light. On the other hand, the fourth embodiment removes the information of the intervening tissue from the temporal change of the first signal by using the temporal change of the light absorption characteristic of the intervening tissue obtained from the second signal. It is an embodiment. That is, in this embodiment, a plurality of measurements are continuously performed while imposing a load on the subject. The configuration of the biological light measurement device according to the fourth embodiment is the same as that of the first to third embodiments.

第四の実施形態では、測定を行うごとに、第一の信号を収集して時系列の信号を生成する。以降、本実施形態における第一の信号とは、被検体を透過した計測光の強度の経時的な変化を表す信号であるものとする。
また、第二の信号から、介在組織にて発生した音響波に相当する振幅を得て、当該振幅を時系列で表した信号を生成する。これを第三の信号と称する。すなわち、第三の信号は、取得した振幅の経時的な変化を表す信号である。
In the fourth embodiment, each time measurement is performed, the first signal is collected to generate a time-series signal. Henceforth, the 1st signal in this embodiment shall be a signal showing the time-dependent change of the intensity | strength of the measurement light which permeate | transmitted the test object.
Further, an amplitude corresponding to the acoustic wave generated in the intervening tissue is obtained from the second signal, and a signal representing the amplitude in time series is generated. This is referred to as a third signal. That is, the third signal is a signal that represents a change in the acquired amplitude over time.

信号の取得が完了すると、第一の信号と第三の信号の組合せについて、被検体の対照状態と、対照状態に対する時間変化を取得する。第一の信号の時間変化には、介在組織と測定対象領域の光吸収特性の情報が含まれる。また、第三の信号の時間変化には、介在組織の光吸収特性の情報が含まれる。そして、第一の信号と第三の信号のそれぞれの時間変化に対し、独立成分分析などの数学的信号分離法を用いて、測定対象領域と介在組織との信号(情報成分)を分離し、測定対象領域の信号(情報成分)のみを抽出する。   When the signal acquisition is completed, the control state of the subject and the time change with respect to the control state are acquired for the combination of the first signal and the third signal. The time change of the first signal includes information on the light absorption characteristics of the intervening tissue and the measurement target region. In addition, the time change of the third signal includes information on the light absorption characteristics of the intervening tissue. Then, for each time change of the first signal and the third signal, the signal (information component) between the measurement target region and the intervening tissue is separated using a mathematical signal separation method such as independent component analysis, Only the signal (information component) in the measurement target area is extracted.

第四の実施形態においては、このような方法によって、信号成分を分離する処理の過程でランダムな雑音成分を除去することができ、信号対ノイズ比を向上させる効果を得ることができる。   In the fourth embodiment, by such a method, random noise components can be removed in the process of separating the signal components, and an effect of improving the signal-to-noise ratio can be obtained.

(実施例)
第一の実施形態に対応する実施例について説明する。本実施例に係る生体光測定装置は、生体の脳の血液動態の変化を求めることを目的とした測定装置である。
光強度測定系と光音響波測定系は、不図示のホルダによって被検体100の表面に配置した。また、光源1には、波長が750nmと1060nmである半導体レーザ光を照射できる光源を用いた。光源1にて発生する光は、変調周波数100MHzの変調光である。また、パルス光源8には、パルス幅が50ナノ秒、繰返し周波数が10Hz、波長が1064nmであるNd:YAGレーザと、波長が750nmであるアレキサンドライトレーザを用いた。
また、音響波探触子11には、中心周波数が1MHzのピエゾタイプのトランスデューサを使用した。
(Example)
An example corresponding to the first embodiment will be described. The living body light measuring apparatus according to the present embodiment is a measuring apparatus for the purpose of obtaining a change in blood dynamics of a living body's brain.
The light intensity measurement system and the photoacoustic wave measurement system were arranged on the surface of the subject 100 by a holder (not shown). As the light source 1, a light source capable of irradiating semiconductor laser light having wavelengths of 750 nm and 1060 nm was used. The light generated from the light source 1 is modulated light having a modulation frequency of 100 MHz. The pulse light source 8 used was an Nd: YAG laser with a pulse width of 50 nanoseconds, a repetition frequency of 10 Hz, and a wavelength of 1064 nm, and an alexandrite laser with a wavelength of 750 nm.
For the acoustic wave probe 11, a piezo type transducer having a center frequency of 1 MHz was used.

本実施例では、光源で発生した光を光ファイバ経由で投光プローブ4に導く構成とし、被検体100の表面にて受光プローブ5とカップリングさせた。投光プローブ4と受光プローブ5の間隔は30mmとした。また、光検出器2には、光電子倍増管(PMT)を使用し、光源1の変調周波数と同期させて測定を行った。そして、光源1から照射され、被検体100を伝播した光の強度を光検出器2で取得し、第一の信号を得た。
また、パルス光源8から発せられたパルス光を、光ファイバ経由で第二の投光プローブ10から被検体100に照射した。そして、パルス光に起因して被検体100内で発生する音響波を音響波探触子11で取得し、第二の信号を得た。
In this embodiment, the light generated by the light source is guided to the light projecting probe 4 via the optical fiber, and is coupled to the light receiving probe 5 on the surface of the subject 100. The interval between the light projecting probe 4 and the light receiving probe 5 was 30 mm. Further, a photomultiplier tube (PMT) was used for the photodetector 2, and measurement was performed in synchronization with the modulation frequency of the light source 1. And the intensity | strength of the light irradiated from the light source 1 and propagated through the subject 100 was acquired by the photodetector 2, and a first signal was obtained.
Further, the subject 100 was irradiated with pulsed light emitted from the pulsed light source 8 from the second projection probe 10 via an optical fiber. Then, an acoustic wave generated in the subject 100 due to the pulsed light was acquired by the acoustic wave probe 11 to obtain a second signal.

第一の信号および第二の信号は、コンピュータによって構成された信号処理部7で処理を行った。信号処理部7では、第二の投光プローブ10と音響波探触子11の距離と、生体内の音速を用いて、第二の信号から頭皮内で発生した音響波に相当する部分を特定し、頭皮内の吸収係数の変化を得た。また、吸収係数の変化から補正係数を算出し、第一の信号を補正したうえで、酸化ヘモグロビンと脱酸化ヘモグロビンの濃度比の時間変化を取得した。なお、補正用の換算テーブルは、シミュレーションおよび生体を模擬したファントム実験によって予め作成したものを使用した。
測定は、複数波長の光源を用いて行い、所定の測定時間が終了するまで繰返し行った。このようにして最終的に得られた結果は、頭皮における血流の影響が除去されたものであった。すなわち、介在組織(頭皮)の吸収係数の変化を正確に取得することができ、信号を正確に補正したうえで脳の血液動態を求められることが確認できた。
The first signal and the second signal were processed by a signal processing unit 7 configured by a computer. The signal processing unit 7 specifies a portion corresponding to the acoustic wave generated in the scalp from the second signal, using the distance between the second light projecting probe 10 and the acoustic probe 11 and the sound speed in the living body. Then, the change of the absorption coefficient in the scalp was obtained. In addition, a correction coefficient was calculated from the change in absorption coefficient, the first signal was corrected, and the change over time in the concentration ratio of oxyhemoglobin and deoxyhemoglobin was obtained. The correction conversion table used in advance was created by simulation and a phantom experiment simulating a living body.
The measurement was performed using a light source having a plurality of wavelengths, and repeated until a predetermined measurement time was completed. The result finally obtained in this way was that the influence of blood flow in the scalp was removed. That is, it was confirmed that the change in the absorption coefficient of the interstitial tissue (scalp) can be accurately obtained, and the blood dynamics of the brain can be obtained after correcting the signal accurately.

(変形例)
なお、各実施形態の説明は本発明を説明する上での例示であり、本発明は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更または組み合わせて実施することができる。例えば本発明は、上記処理の少なくとも一部を含む被検体情報取得装置の制御方法として実施することもできる。上記処理や手段は、技術的な矛盾が生じない限りにおいて、自由に組み合わせて実施することができる。
例えば、光強度測定系と光音響波測定系を複数組設け、被検体表面上に一次元あるいは二次元的に配置してもよい。各測定系を複数組配置することで、測定結果の空間的な分布を得ることができる。また、取得した分布は表示部に出力するようにしてもよい。
また、実施形態の説明では、音響波の振幅と、介在組織を透過する計測光の光量との対応を表した換算テーブルを用いた。すなわち、本発明における光学関連情報とは、介在組織を透過する計測光の光量である。しかし、大脳皮質に到達する計測光の光量を求めることができれば、他の情報を用いてもよい。例えば、介在組織に吸収される光エネルギーを用いてもよいし、介在組織における光の吸収係数を用いてもよい。
(Modification)
The description of each embodiment is an exemplification for explaining the present invention, and the present invention can be implemented with appropriate modifications or combinations without departing from the spirit of the invention. For example, the present invention can also be implemented as a method for controlling a subject information acquisition apparatus including at least a part of the above processing. The above processes and means can be freely combined and implemented as long as no technical contradiction occurs.
For example, a plurality of sets of light intensity measurement systems and photoacoustic wave measurement systems may be provided and arranged one-dimensionally or two-dimensionally on the subject surface. By arranging a plurality of sets of each measurement system, a spatial distribution of measurement results can be obtained. Further, the acquired distribution may be output to the display unit.
Further, in the description of the embodiment, a conversion table representing the correspondence between the amplitude of the acoustic wave and the amount of measurement light transmitted through the intervening tissue is used. That is, the optical related information in the present invention is the amount of measurement light transmitted through the intervening tissue. However, other information may be used as long as the amount of measurement light reaching the cerebral cortex can be obtained. For example, light energy absorbed by the intervening tissue may be used, or an absorption coefficient of light in the intervening tissue may be used.

また、記憶装置に記録されたプログラムを読み込み実行することで前述した実施形態の機能を実現するシステムや装置のコンピュータ(又はCPU、MPU等のデバイス)によっても、本発明を実施することができる。また、例えば、記憶装置に記録されたプログラムを読み込み実行することで前述した実施形態の機能を実現するシステムや装置のコンピュータによって実行されるステップからなる方法によっても、本発明を実施することができる。
この目的のために、上記プログラムは、例えば、ネットワークを通じて、又は、上記記憶装置となり得る様々なタイプの記録媒体(つまり、非一時的にデータを保持するコンピュータ読取可能な記録媒体)から、上記コンピュータに提供される。したがって、上記コンピュータ(CPU、MPU等のデバイスを含む)、上記方法、上記プログラム(プログラムコード、プログラムプロダクトを含む)、上記プログラムを非一時的に保持するコンピュータ読取可能な記録媒体は、いずれも本発明の範疇に含まれる。
The present invention can also be implemented by a computer (or a device such as a CPU or MPU) of a system or apparatus that implements the functions of the above-described embodiments by reading and executing a program recorded in a storage device. For example, the present invention can be implemented by a method including steps executed by a computer of a system or apparatus that implements the functions of the above-described embodiments by reading and executing a program recorded in a storage device. .
For this purpose, the program is stored in the computer from, for example, various types of recording media that can serve as the storage device (ie, computer-readable recording media that holds data non-temporarily). Provided to. Therefore, the computer (including devices such as CPU and MPU), the method, the program (including program code and program product), and the computer-readable recording medium that holds the program in a non-temporary manner are all present. It is included in the category of the invention.

1・・・光源、2・・・光検出器、3・・・光導波路、4・・・投光プローブ、5・・・受光プローブ、7・・・信号処理部、8・・・パルス光源、10・・・第二の投光プローブ、11・・・音響波探触子   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light source, 2 ... Photodetector, 3 ... Optical waveguide, 4 ... Projection probe, 5 ... Light reception probe, 7 ... Signal processing part, 8 ... Pulse light source 10 ... second light projecting probe, 11 ... acoustic wave probe

Claims (11)

介在組織を表層に有する被検体に対して光を照射する光照射手段と、
前記介在組織を透過して前記被検体内を伝搬した光の強度を検出し、第一の信号に変換する光検出手段と、
前記照射された光に起因して前記介在組織内で発生した音響波を検出し、第二の信号に変換する音響波受信手段と、
前記第二の信号に基づいて、前記介在組織の光学特性に関連した情報である光学関連情報を取得する信号処理手段と、
前記光学関連情報に基づいて前記第一の信号を補正し、前記第一の信号から前記介在組織の影響を除去する信号補正手段と、
を有し、
前記第二の信号は、前記介在組織内で発生した音響波の音圧を表す信号であり、
前記信号処理手段は、前記介在組織内で発生した音響波の音圧と、前記介在組織を透過する光の光量との関係を表したデータを用いて、前記介在組織を透過した光の光量を取得する
ことを特徴とする、被検体情報取得装置。
A light irradiation means for irradiating light to a subject having an intervening tissue on a surface layer;
A light detection means for detecting the intensity of light transmitted through the intervening tissue and propagating through the subject, and converting it into a first signal;
An acoustic wave receiving means for detecting an acoustic wave generated in the intervening tissue due to the irradiated light and converting it to a second signal;
Based on the second signal, signal processing means for acquiring optical related information that is information related to optical characteristics of the intervening tissue;
Signal correcting means for correcting the first signal based on the optical related information and removing the influence of the intervening tissue from the first signal;
Have
The second signal is a signal representing a sound pressure of an acoustic wave generated in the intervening tissue,
The signal processing means uses the data representing the relationship between the sound pressure of the acoustic wave generated in the intervening tissue and the amount of light transmitted through the intervening tissue, to calculate the amount of light transmitted through the intervening tissue. A subject information acquisition apparatus characterized by acquiring.
前記光検出手段は、第一および第二の測定を行い、前記第一の信号をそれぞれ取得し、
前記音響波受信手段は、第一および第二の測定を行い、前記第二の信号をそれぞれ取得し、
前記信号補正手段は、前記第一および第二の測定によって得られた前記第二の信号から、前記介在組織を透過する光の光量の変動量を取得し、当該変動量を用いて、前記第二の測定によって得られた前記第一の信号を補正する
ことを特徴とする、請求項1に記載の被検体情報取得装置。
The light detection means performs first and second measurements, obtains the first signal,
The acoustic wave receiving means performs first and second measurements, acquires the second signal,
The signal correction means acquires a fluctuation amount of the amount of light transmitted through the intervening tissue from the second signal obtained by the first and second measurements, and uses the fluctuation amount to obtain the first amount. The object information acquiring apparatus according to claim 1, wherein the first signal obtained by the second measurement is corrected.
前記データは、前記介在組織における光および音響波の伝播解析を行うことで事前に取得したデータであるThe data is data acquired in advance by performing light and acoustic wave propagation analysis in the intervening tissue.
ことを特徴とする、請求項1または2に記載の被検体情報取得装置。The object information acquiring apparatus according to claim 1, wherein the object information acquiring apparatus is an object information acquiring apparatus.
前記信号補正手段は、前記光学関連情報に基づき、前記介在組織を透過する光の光量が
少なくなるほど、前記第一の信号を増幅する
ことを特徴とする、請求項1から3のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。
The said signal correction means amplifies said 1st signal, so that the light quantity of the light which permeate | transmits the said intervening tissue decreases based on the said optical relevant information, The any one of Claim 1 to 3 characterized by the above-mentioned. 2. The object information acquiring apparatus according to 1.
前記光照射手段は、第一の光源と、パルス光源である第二の光源を含み、
前記光検出手段は、前記第一の光源から発生し、被検体内を伝搬した光の強度を検出し、
前記音響波受信手段は、前記第二の光源から発生したパルス光に起因して発生した音響波を検出する
ことを特徴とする、請求項1から4のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。
The light irradiation means includes a first light source and a second light source that is a pulse light source,
The light detection means detects the intensity of light generated from the first light source and propagated in the subject,
The object information according to any one of claims 1 to 4 , wherein the acoustic wave receiving means detects an acoustic wave generated due to the pulsed light generated from the second light source. Acquisition device.
前記第一の光源および前記光検出手段の近傍に、前記第二の光源および前記音響波受信手段が配置される
ことを特徴とする、請求項5に記載の被検体情報取得装置。
The object information acquiring apparatus according to claim 5 , wherein the second light source and the acoustic wave receiving unit are disposed in the vicinity of the first light source and the light detecting unit.
介在組織を表層に有する被検体の内部情報を取得する被検体情報取得装置の制御方法であって、
被検体に照射する光を発生させる光照射ステップと、
前記介在組織を透過して前記被検体内を伝搬した光の強度を検出し、第一の信号に変換する光検出ステップと、
前記照射された光に起因して前記介在組織内で発生した音響波を検出し、第二の信号に変換する音響波受信ステップと、
前記第二の信号に基づいて、前記介在組織の光学特性に関連した情報である光学関連情報を取得する信号処理ステップと、
前記光学関連情報に基づいて前記第一の信号を補正し、前記第一の信号から前記介在組織の影響を除去する信号補正ステップと、
を含み、
前記第二の信号は、前記介在組織内で発生した音響波の音圧を表す信号であり、
前記信号処理ステップでは、前記介在組織内で発生した音響波の音圧と、前記介在組織を透過する光の光量との関係を表したデータを用いて、前記介在組織を透過した光の光量を取得する
ことを特徴とする、被検体情報取得装置の制御方法。
A method for controlling a subject information acquiring apparatus for acquiring internal information of a subject having an intervening tissue on a surface layer,
A light irradiation step for generating light to irradiate the subject;
A light detection step of detecting the intensity of light transmitted through the intervening tissue and propagating through the subject, and converting the detected light into a first signal;
An acoustic wave receiving step of detecting an acoustic wave generated in the intervening tissue due to the irradiated light and converting it to a second signal;
Based on the second signal, a signal processing step of obtaining optical related information that is information related to optical characteristics of the intervening tissue;
A signal correction step for correcting the first signal based on the optical related information and removing the influence of the intervening tissue from the first signal;
Only including,
The second signal is a signal representing a sound pressure of an acoustic wave generated in the intervening tissue,
In the signal processing step, the amount of light transmitted through the intervening tissue is calculated using data representing the relationship between the sound pressure of the acoustic wave generated in the intervening tissue and the amount of light transmitted through the intervening tissue. A method for controlling an object information acquiring apparatus, comprising: acquiring the object information.
前記光検出ステップでは、第一および第二の測定を行い、前記第一の信号をそれぞれ取得し、
前記音響波受信ステップでは、第一および第二の測定を行い、前記第二の信号をそれぞれ取得し、
前記信号補正ステップでは、前記第一および第二の測定によって得られた前記第二の信号から、前記介在組織を透過する光の光量の変動量を取得し、当該変動量を用いて、前記第二の測定によって得られた前記第一の信号を補正する
ことを特徴とする、請求項7に記載の被検体情報取得装置の制御方法。
In the light detection step, first and second measurements are performed to obtain the first signal,
In the acoustic wave receiving step, first and second measurements are performed, and the second signal is acquired,
In the signal correction step, a fluctuation amount of the amount of light transmitted through the intervening tissue is acquired from the second signal obtained by the first and second measurements, and the fluctuation amount is used to obtain the first The control method of the subject information acquiring apparatus according to claim 7 , wherein the first signal obtained by the second measurement is corrected.
前記データは、前記介在組織における光および音響波の伝播解析を行うことで事前に取得したデータであるThe data is data acquired in advance by performing light and acoustic wave propagation analysis in the intervening tissue.
ことを特徴とする、請求項7または8に記載の被検体情報取得装置の制御方法。The method for controlling a subject information acquiring apparatus according to claim 7 or 8, wherein
前記信号補正ステップでは、前記光学関連情報に基づき、前記介在組織を透過する光の光量が少なくなるほど、前記第一の信号を増幅する
ことを特徴とする、請求項7から9のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置の制御方法。
The said signal correction step amplifies said 1st signal, so that the light quantity of the light which permeate | transmits the said intervening tissue decreases based on the said optical relevant information, The any one of Claim 7 to 9 characterized by the above-mentioned. 2. A method for controlling the subject information acquiring apparatus according to 1.
前記光照射ステップでは、第一の光源と、パルス光源である第二の光源を用いて光の照射を行い、
前記光検出ステップでは、前記第一の光源から発生し、被検体内を伝搬した光の強度を検出し、
前記音響波受信ステップでは、前記第二の光源から発生したパルス光に起因して発生した音響波を検出する
ことを特徴とする、請求項7から10のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置の制御方法。
In the light irradiation step, light irradiation is performed using a first light source and a second light source that is a pulse light source,
In the light detection step, the intensity of light generated from the first light source and propagated in the subject is detected,
The object information according to any one of claims 7 to 10 , wherein in the acoustic wave receiving step, an acoustic wave generated due to pulsed light generated from the second light source is detected. Control method of acquisition device.
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