JP6273207B2 - 光生体計測装置及びそれに用いられる位置計測装置 - Google Patents

光生体計測装置及びそれに用いられる位置計測装置 Download PDF

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Description

本発明は、光生体計測装置及びそれに用いられる位置計測装置に関し、さらに詳細には非侵襲で脳活動を測定する光生体計測装置に関する。
近年、脳の活動状況を観察するために、光を用いて簡便に非侵襲で測定する光脳機能イメージング装置が開発されている。このような光脳機能イメージング装置では、被検者の頭皮表面上に配置した送光プローブにより、異なる３種類の波長λ１、λ２、λ３（例えば、７８０ｎｍと８０５ｎｍと８３０ｎｍ）の近赤外光を脳に照射するとともに、頭皮表面上に配置した受光プローブにより、脳から放出された各波長λ１、λ２、λ３の近赤外光の強度変化（受光量情報）ΔＡ（λ１）、ΔＡ（λ２）、ΔＡ（λ３）をそれぞれ検出する。
そして、このようにして得られた受光量情報ΔＡ（λ１）、ΔＡ（λ２）、ΔＡ（λ３）から、脳血流中のオキシヘモグロビンの濃度変化・光路長積[oxyHb]と、デオキシヘモグロビンの濃度変化・光路長積[deoxyHb]とを求めるために、例えば、Modified Beer Lambert則を用いて関係式（１）（２）（３）に示す連立方程式を作成して、この連立方程式を解いている。さらには、オキシヘモグロビンの濃度変化・光路長積[oxyHb]と、デオキシヘモグロビンの濃度変化・光路長積[deoxyHb]とから総ヘモグロビンの濃度変化・光路長積（[oxyHb]＋[deoxyHb]）を算出している。
ΔＡ（λ１）＝ＥＯ（λ１）×[oxyHb]＋Ｅｄ（λ１）×[deoxyHb]・・・（１）
ΔＡ（λ２）＝ＥＯ（λ２）×[oxyHb]＋Ｅｄ（λ２）×[deoxyHb]・・・（２）
ΔＡ（λ３）＝ＥＯ（λ３）×[oxyHb]＋Ｅｄ（λ３）×[deoxyHb]・・・（３）
なお、ＥＯ（λｍ）は、波長λｍの光におけるオキシヘモグロビンの吸光度係数であり、Ｅｄ（λｍ）は、波長λｍの光におけるデオキシヘモグロビンの吸光度係数である。
ここで、送光プローブと受光プローブとの間の距離と、測定部位との関係について説明する。図７は、一対の送光プローブ及び受光プローブと、測定部位との関係を示す図である。送光プローブ１２が被検者の頭皮表面の送光点Ｔに押し当てられるとともに、受光プローブ１３が被検者の頭皮表面の受光点Ｒに押し当てられる。そして、送光プローブ１２から光を照射させるとともに、受光プローブ１３に頭皮表面から放出される光を入射させる。このとき、頭皮表面の送光点Ｔから照射された光のうちで、バナナ形状（測定領域）を通過した光が頭皮表面の受光点Ｒに到達する。これにより、測定領域の中でも、特に送光点Ｔと受光点Ｒとを被検者の頭皮表面に沿って最短距離で結んだ線の中点Ｍから、送光点Ｔと受光点Ｒとを被検者の頭皮表面に沿って最短距離で結んだ線の距離の半分の深さである被検者の測定部位Ｓに関する受光量情報Ａ（λ１）、Ａ（λ２）、Ａ（λ３）が得られるとしている。
また、光脳機能イメージング装置では、脳の複数箇所の測定部位に関するオキシヘモグロビンの濃度変化・光路長積[oxyHb]、デオキシヘモグロビンの濃度変化・光路長積[deoxyHb]及び総ヘモグロビンの濃度変化・光路長積（[oxyHb]＋[deoxyHb]）をそれぞれ測定することが行われている。
このような光脳機能イメージング装置においては、８個の送光プローブと８個の受光プローブとを所定の配列で被検者の頭皮表面に接触させるために、送光プローブ１２Ｔ１〜１２Ｔ８と受光プローブ１３Ｒ１〜１３Ｒ８とが保持される保持部を頭部表面に格子状に配置するとともに、保持部を互いに可撓性を示す連結部で連結し、さらに、所定の角度内で保持部を回転軸として連結部の回転可変性を有するホルダ（送受光部）が使用されている（例えば、特許文献１参照）。
図２は、８個の送光プローブと８個の受光プローブとが挿入されるホルダの一例を示す平面図である。送光プローブ１２Ｔ１〜１２Ｔ８と受光プローブ１３Ｒ１〜１３Ｒ８とは、縦方向に４個と横方向に４個とに交互となるように挿入されることで配置される。このとき、送光プローブ１２Ｔ１〜１２Ｔ８と受光プローブ１３Ｒ１〜１３Ｒ８との間の間隔は３０ｍｍとなる。なお、ホルダ３０のどの貫通孔に、どの送光プローブ１２Ｔ１〜１２Ｔ８又は受光プローブ１３Ｒ１〜１３Ｒ８が挿入されたかが認識されるように、各送光プローブ１２Ｔ１〜１２Ｔ８には、異なる番号（Ｔ１、Ｔ２、・・・）がそれぞれ振り当てられ、各受光プローブ１３Ｒ１〜１３Ｒ８にも、異なる番号（Ｒ１、Ｒ２、・・・）がそれぞれ振り当てられている。これにより、脳の２４箇所の測定部位に関する受光量情報ΔＡｎ（λ１）、ΔＡｎ（λ２）、ΔＡｎ（λ３）（ｎ＝１、２、・・・、２４）を得ている。
そして、２４個の受光量情報ΔＡｎ（λ１）、ΔＡｎ（λ２）、ΔＡｎ（λ３）を所定時間間隔Δｔで得ていくことで、関係式（１）（２）（３）を用いて、オキシヘモグロビンの濃度変化・光路長積[oxyHb]の経時変化（測定データ）Ｘｎ（ｔ）、デオキシヘモグロビンの濃度変化・光路長積[deoxyHb]の経時変化（測定データ）Ｙｎ（ｔ）、及び、総ヘモグロビンの濃度変化・光路長積（[oxyHb]＋[deoxyHb]）の経時変化（測定データ）Ｚｎ（ｔ）（ｎ＝１、２、・・・、２４）を求めている。
また、オキシヘモグロビンの濃度変化・光路長積[oxyHb]の経時変化（測定データ）Ｘｎ（ｔ）等は、医師等が観察するための画像として表示装置に表示される。例えば、ある時間ｔ１における合計２４箇所の脳表部位からのオキシヘモグロビンの濃度変化・光路長積[oxyHb]の経時変化（測定データ）Ｘｎ（ｔ１）を、数値とカラーとの対応関係を示すカラーテーブルに基づいて、カラーマッピングで表示している。このとき、脳の解剖学的構造には個人差があり、脳の形状も各人で異なるので、医師等は、脳のどの部位からオキシヘモグロビンの濃度変化・光路長積[oxyHb] の経時変化（測定データ）Ｘｎ（ｔ１）を得たかを認識するために、核磁気共鳴画像診断装置（以下、ＭＲＩと略す）等から被検者の脳表面を示す３次元画像データを得ることにより、３次元脳表面画像を表示して、３次元脳表面画像上にオキシヘモグロビンの濃度変化・光路長積[oxyHb] の経時変化（測定データ）Ｘｎ（ｔ１）をカラーマッピングで重畳して表示することも行われている（例えば、特許文献２参照）。図６は、２４個の測定データＸｎ（ｔ１）がカラーマッピングで表示された表示画面の一例を示す図である。
ところで、３次元脳表面画像４２上にオキシヘモグロビンの濃度変化・光路長積[oxyHb] の経時変化（測定データ）Ｘｎ（ｔ１）を重畳して表示するためには、３次元脳表面画像４２に対して送光プローブ１２Ｔ１〜１２Ｔ８と受光プローブ１３Ｒ１〜１３Ｒ８とがどの位置に配置されたかを指定する必要がある。ここで、図３及び図４は、送光プローブ１２Ｔ１〜１２Ｔ８と受光プローブ１３Ｒ１〜１３Ｒ８との配置位置の指定方法を説明する図であって、図３は、光生体計測装置の表示画面に表示された３次元画像の一例を示す図であり、図４は、被検者に配置されたホルダ３０と、設定位置（被検者の顎）に固定された磁場ソース１４と、医師や検査技師等によって操作されるペンシル１５との関係を示す図である。
図４に示すように、被検者の顎等に、被検者の頭部を含む周囲の空間に磁界を発生する磁場ソース１４を固定し、医師や検査技師等は、磁場ソース１４との位置関係を検出することができる指定用磁気センサを先端部１５ａに有するペンシル１５を用いて、被検者の頭皮表面上の３個の基準位置（例えば、鼻根Ｂ１、左耳介Ｂ２、右耳介）を指定する。また、図３に示すように、表示装置に表示させた３次元頭皮表面画像４１上で３個の基準位置Ｂ１、Ｂ２に対応する３個の基準位置画像（例えば、鼻根画像、左耳介画像、右耳介画像Ｂ３Ｇ）を、ポインタ４３を用いて指定する。これにより、被検者の頭皮表面及び脳表面と３次元頭皮表面画像４１及び３次元脳表面画像４２とを照合している。その後、ペンシル１５を用いて、被検者の頭皮表面上の送光プローブ１２Ｔ１〜１２Ｔ８及び受光プローブ１３Ｒ１〜１３Ｒ８の配置位置を順番（昇順又は降順）に次々と指定していくことで、３次元脳表面画像４２に対して送光プローブ１２Ｔ１〜１２Ｔ８と受光プローブ１３Ｒ１〜１３Ｒ８とがどの位置に配置されたかを照合している。
また、送光プローブ１２Ｔ１〜１２Ｔ８及び受光プローブ１３Ｒ１〜１３Ｒ８の配置位置の入力内容を確認するために、表示画面に磁場ソース１４を原点とした３次元座標（ＸＹＺ座標）を表示させ、そのＸＹＺ座標上に送光プローブ１２Ｔ１〜１２Ｔ８及び受光プローブ１３Ｒ１〜１３Ｒ８の配置点を表示することも行われている。図８は、送光プローブ１２Ｔ１〜１２Ｔ８及び受光プローブ１３Ｒ１〜１３Ｒ８の配置位置の入力内容を確認するための表示画面の一例である。表示画面の右側領域には、ＸＹＺ座標上に、送光プローブ１２Ｔ１の配置位置が送光プローブ配置点Ｔ１として１番の赤色球体で表示され、送光プローブ１２Ｔ２の配置位置が送光プローブ配置点Ｔ２として２番の赤色球体で表示されるように、各送光プローブ１２Ｔ１〜１２Ｔ８の配置位置が各番号の赤色球体で表示されている。また、ＸＹＺ座標上に、受光プローブ１３Ｒ１の配置位置が受光プローブ配置点Ｒ１として１番の青色球体で表示され、受光プローブ１３Ｒ２の配置位置が受光プローブ配置点Ｒ２として２番の青色球体で表示されるように、各受光プローブ１３Ｒ１〜１３Ｒ８の配置位置が各番号の青色球体で表示されている。
なお、表示画面の左下領域には、各受光プローブ１３Ｒ１〜１３Ｒ８の配置位置の座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）が表示されている。
特開２００２−１４３１６９号公報 特開２００９−１７２１７７号公報
しかしながら、送光プローブ１２Ｔ１〜１２Ｔ８及び受光プローブ１３Ｒ１〜１３Ｒ８の配置位置の入力内容を確認するために、図８に示すような表示画面を表示した場合に、医師や検査技師等は、図８に示す表示画面を観察して、全ての送光プローブ１２Ｔ１〜１２Ｔ８及び受光プローブ１３Ｒ１〜１３Ｒ８の配置位置が入力されたことは理解できても、送光プローブ１２Ｔ１〜１２Ｔ８及び受光プローブ１３Ｒ１〜１３Ｒ８の配置位置が、正しい順番で入力されたか否かを判断することは困難であった。
そこで、本発明は、送光プローブ１２Ｔ１〜１２Ｔ８及び受光プローブ１３Ｒ１〜１３Ｒ８の配置位置が正しく入力されたか否かを容易に判断することができる光生体計測装置及びそれに用いられる位置計測装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するためになされた本発明の光生体計測装置は、被検者の頭皮表面上に配置される複数個の送光プローブと、当該頭皮表面上に配置される複数個の受光プローブとを有する送受光部と、前記送光プローブが頭皮表面に光を照射するとともに、前記受光プローブが頭皮表面から放出される光を検出するように制御することで、複数個の測定部位に関する複数個の受光量情報を取得する送受光用制御部と、複数個の受光量情報に基づいて、複数個の測定データを取得する演算部と、３次元頭皮表面画像及び３次元脳表面画像を取得して表示装置に表示する３次元画像表示制御部と、表示装置に表示させた３次元頭皮表面画像又は３次元脳表面画像上に、複数個の測定データを表示する測定データ表示制御部とを備える光生体計測装置であって、測定部位に関する受光量情報を取得するための送光プローブと受光プローブとの組み合わせを示すチャンネル情報を記憶する記憶部と、表示装置に表示させた３次元座標上に、複数個の送光プローブが配置された複数個の送光プローブ配置点と、複数個の受光プローブが配置された複数個の受光プローブ配置点とを表示するとともに、前記チャンネル情報に基づいて、送光プローブ配置点と受光プローブ配置点とを結ぶように送光プローブと受光プローブとの組み合わせを示す線分を表示するチャンネル情報表示制御部とを備えることを特徴としている。
ここで、「測定データ」とは、受光プローブで検出された受光量情報の経時変化自体であってもよく、受光量情報から算出されたオキシヘモグロビン濃度の経時変化やデオキシヘモグロビン濃度の経時変化や全ヘモグロビン濃度の経時変化であってもよい。
また、「３次元頭皮表面画像」とは、例えば、ＭＲＩやＣＴ画像等により作成された被検者の映像データから、頭皮表面を示す映像データを抽出することにより作成された３次元画像や、標準的な３次元の頭皮表面を示す３次元頭皮表面テンプレート等のことをいう。また、「３次元脳表面画像」とは、例えば、ＭＲＩやＣＴ画像等により作成された被検者の映像データから、脳表面を示す映像データを抽出することにより作成された３次元画像や、標準的な３次元の脳表面を示す３次元脳表面テンプレート等のことをいう。
本発明の光生体計測装置によれば、表示装置に３次元座標上に送光プローブ配置点と受光プローブ配置点とを結ぶ線分が表示されるので、医師や検査技師等は、線分が送受光部と同様の格子状になっているか否かを画面上で確認することができるため、送光プローブの配置位置と受光プローブの配置位置とが正しく入力されたか否かを容易に判断することができる。
（その他の課題を解決するための手段及び効果）
また、本発明の光生体計測装置においては、前記被検者の頭部の設定位置に固定され、前記被検者の頭部を含む周囲の空間に磁界を発生する磁場ソースと、前記被検者の頭皮表面上の位置を指定するための、前記磁界を検出する指定用磁気センサと、前記被検者の頭皮表面上の少なくとも３個の基準位置が指定用磁気センサで指定されることにより、前記指定用磁気センサからの検出信号を得ることで、前記磁場ソースと少なくとも３個の基準位置との位置関係を取得する基準位置関係取得部と、前記３次元頭皮表面画像中で少なくとも３個の基準位置画像が入力装置で指定されることにより、少なくとも３個の基準位置と少なくとも３個の基準位置画像との対応関係を示す対応関係データを作成する対応関係データ作成部と、前記被検者の頭皮表面上の複数個の送光プローブの配置位置と複数個の受光プローブの配置位置が指定用磁気センサで指定されることにより、前記指定用磁気センサからの検出信号を得ることで、前記磁場ソースと送光プローブ及び受光プローブの配置位置との位置関係を取得する配置位置関係取得部とを備えるようにしてもよい。
ここで、「指定用磁気センサ」とは、被検者の頭皮表面上の基準位置（例えば、鼻根、左耳介、右耳介）や、送光プローブの配置位置や受光プローブの配置位置を指定するためのものであり、例えば、先端部に指定用磁気センサを有する棒状のペンシル等が挙げられる。
また、「被検者の頭部の設定位置」とは、磁場ソースが被検者の頭部を含む周囲の空間に磁界を発生することができる任意の位置であり、例えば、顎等が挙げられる。
さらに、本発明の位置計測装置は、被検者の頭皮表面上に配置される複数個の送光プローブと、当該頭皮表面上に配置される複数個の受光プローブとを有する送受光部と、前記送光プローブが頭皮表面に光を照射するとともに、前記受光プローブが頭皮表面から放出される光を検出するように制御することで、複数個の測定部位に関する複数個の受光量情報を取得する送受光用制御部とを備える光生体計測装置に用いられる位置計測装置であって、測定部位に関する受光量情報を取得するための送光プローブと受光プローブとの組み合わせを示すチャンネル情報を記憶する記憶部と、表示装置に表示させた３次元座標上に、複数個の送光プローブが配置された複数個の送光プローブ配置点と、複数個の受光プローブが配置された複数個の受光プローブ配置点とを表示するとともに、前記チャンネル情報に基づいて、送光プローブ配置点と受光プローブ配置点とを結ぶように送光プローブと受光プローブとの組み合わせを示す線分を表示するチャンネル情報表示制御部とを備えることを特徴としている。
本発明の一実施形態である光生体計測装置の構成を示すブロック図。 ８個の送光プローブと８個の受光プローブとが挿入されるホルダの一例を示す平面図。 ３次元画像が表示された表示画面の一例を示す図。 被検者に装着されたホルダと、設定位置に固定された磁場ソースと、医師等が操作するペンシルとの関係を示す図。 送光プローブ及び受光プローブの配置位置の入力内容を確認するための表示画面の他の一例を示す図。 ２４個の測定データＸｎ（ｔ１）がカラーマッピングで表示された表示画面の一例を示す図。 一対の送光プローブ及び受光プローブと、測定部位との関係を示す図。 送光プローブ及び受光プローブの配置位置の入力内容を確認するための表示画面の一例を示す図。
以下、本発明の実施形態について図１〜６を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれる。
図１は、本発明の一実施形態である光生体計測装置の構成を示すブロック図である。
光生体計測装置１は、光を出射する光源２と、光源２を駆動する光源駆動機構４と、光を検出する光検出器３と、Ａ／Ｄ（Ａ／Ｄコンバータ）５と、送受光用制御部２１と、演算部２２と、３次元画像表示制御部３２と、ポインタ表示制御部３３と、基準位置関係取得部３５と、対応関係データ作成部３６と、配置位置関係取得部３７と、チャンネル情報記憶制御部３８と、チャンネル情報表示制御部３９と、測定データ表示制御部４０と、メモリ２５とを備えるとともに、図２に示す８個の送光プローブ１２Ｔ１〜１２Ｔ８及び８個の受光プローブ１３Ｒ１〜１３Ｒ８と、表示装置２６と、入力装置２７と、ホルダ（送受光部）３０と、被検者の頭部を含む周囲の空間に交流磁界を発生する磁場ソース１４と、図４に示す交流磁界を検出する指定用磁気センサ１５ａを先端部に有する棒形状のペンシル１５とを備える。
光源駆動機構４は、送受光用制御部２１から入力された駆動信号により光源２を駆動する。光源２は、例えば異なる３種類の波長λ１、λ２、λ３の近赤外光を出射することができる半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３等である。
光検出器３は、例えば光電子増倍管等であり、８個の受光プローブ１３Ｒ１〜１３Ｒ８で受光した近赤外光を個別に検出することにより、８個の受光量情報ΔＡ（λ１）、ΔＡ（λ２）、ΔＡ（λ３）をＡ／Ｄ５を介して送受光用制御部２１に出力する。
３次元画像表示制御部３２は、３次元画像取得部３２ｄと、頭皮表面画像表示制御部３２ａと、脳表面画像表示制御部３２ｂと、画像切替部３２ｃとを有する。
３次元画像取得部３２ｄは、計測前にＭＲＩ１００により作成された映像データを取得することにより、頭皮表面を示す映像データを抽出することで３次元頭皮表面画像データを取得するとともに、脳表面を示す映像データを抽出することで３次元脳表面画像データを取得して、３次元頭皮表面画像データと３次元脳表面画像データとをメモリ２５に記憶させる制御を行う。ここで、ＭＲＩ１００は、３方向の２次元画像を示す映像データを作成するものである。なお、表示される映像データは、図３のように、頭皮表面と脳表面とを含む被検者を示すものである。また、映像データは、ＭＲＩ信号の強度情報や位相情報等の数値を有する複数のピクセルから構成される。そして、上述した抽出する方法としては、例えば、ＭＲＩ信号の強度情報や位相情報等の数値を有する複数のピクセルを用いることにより、領域拡張法、領域併合法、ヒューリスティック法等の画像領域分割方法、境界要素を連結して領域を抽出する方法、閉曲線を変形させて領域を抽出する方法等を利用することが挙げられる。
頭皮表面画像表示制御部３２ａは、メモリ２５に記憶された３次元頭皮表面画像データに基づいて、頭皮表面画像４１を表示装置２６に表示する制御を行う（図３参照）。なお、医師や検査技師等が入力装置２７を用いて、所望の方向から見た３次元頭皮表面画像４１となるように、方向を変更して表示することができるようになっている。また、３次元頭皮表面画像４１は、半透明で表示されたり、着色して表示されたりすることができるようになっている。
脳表面画像表示制御部３２ｂは、メモリ２５に記憶された３次元脳表面画像データに基づいて、３次元脳表面画像４２を表示装置２６に表示する制御を行う。なお、医師や検査技師等が入力装置２７を用いて、所望の方向から見た３次元脳表面画像４２となるように、方向を変更して表示することができるようになっている。
画像切替部３２ｃは、医師や検査技師等が入力装置２７を用いて操作信号を入力することにより、３次元頭皮表面画像４１を頭皮表面画像表示制御部３２ａに表示させるように決定したり、３次元脳表面画像４２を脳表面画像表示制御部３２ｂに表示させるように決定したり、３次元頭皮表面画像４１を頭皮表面画像表示制御部３２ａに表示させると同時に３次元脳表面画像４２を脳表面画像表示制御部３２ｂに表示させるように決定したりする制御を行う。なお、３次元頭皮表面画像４１を頭皮表面画像表示制御部３２ａに表示させると同時に３次元脳表面画像４２を脳表面画像表示制御部３２ｂに表示させる場合には、３次元頭皮表面画像４１と３次元脳表面画像４２とは位置を合わせた状態で重ねて表示されることになる。
ポインタ表示制御部３３は、表示装置２６にポインタ４３を表示するとともに、入力装置２７から出力された操作信号に基づいて、表示装置２６に表示されたポインタ４３を移動したり、ポインタ４３で画像上の位置を指定したりする制御を行う。
図４に示す磁場ソース１４は、例えば、絶縁性で硬質の円柱状のコアに絶縁被覆された導線が巻回されたソレノイド状コイル等で構成されており、交流磁界を発生する。そして、磁場ソース１４は、被検者の頭部を含む周囲の空間に交流磁界を発生するように、設定位置（本実施例では被検者の顎）に固定されるようになっている。
また、ペンシル１５は、棒形状であり、その先端部に指定用磁気センサ１５ａを有している。指定用磁気センサ１５ａは、それぞれのコイル面が直交するように３方向にそれぞれ導線が巻回され、各コイルはそのコイル面に直交する軸方向成分の磁界の強度に比例した検出信号を検出する。そして、医師や検査技師等がペンシル１５で被検者の頭皮表面上の３個の基準位置（例えば、鼻根Ｂ１、左耳介Ｂ２、右耳介）や、８個の送光プローブ１２Ｔ１〜１２Ｔ８の配置位置や、８個の受光プローブ１３Ｒ１〜１３Ｒ８の配置位置を指定することで、基準位置関係取得部３５や配置位置関係取得部３７に検出信号を出力することができるようになっている。
基準位置関係取得部３５は、医師や検査技師等によって被検者の頭皮表面上の３個の基準位置（例えば、鼻根Ｂ１、左耳介Ｂ２、右耳介）がペンシル１５で指定されることにより、ペンシル１５からの検出信号を得ることで、磁場ソース１４と３個の基準位置との位置関係を取得する制御を行う。
対応関係データ作成部３６は、表示装置２６に表示させた３次元頭皮表面画像４１及び３次元脳表面画像４２中で、３個の基準位置（例えば、鼻根Ｂ１、左耳介Ｂ２、右耳介）に対応する３個の基準位置画像（例えば、鼻根画像、左耳介画像、右耳介画像Ｂ３Ｇ）がポインタ４３で指定されることにより、３個の基準位置と３個の基準位置画像との対応関係を示す対応関係データを作成する制御を行う。つまり、光生体計測装置１において、被検者の頭皮表面及び脳表面と、３次元頭皮表面画像４１及び３次元脳表面画像４２とが照合される。
配置位置関係取得部３７は、医師や検査技師等によって被検者の頭皮表面上の送光プローブ１２Ｔ１〜１２Ｔ８及び受光プローブ１３Ｒ１〜１３Ｒ８の配置位置がペンシル１５で指定されることにより、ペンシル１５からの検出信号を得ることで、磁場ソース１４と８個の送光プローブ１２Ｔ１〜１２Ｔ８及び８個の受光プローブ１３Ｒ１〜１３Ｒ８との位置関係を取得する制御を行う。
具体的には、医師や検査技師等は、ホルダ３０を被検者の頭皮表面上に配置した後、ペンシル１５を用いてホルダ３０の一の貫通孔を送光プローブ１２Ｔ１の配置位置として指定し、その貫通孔に送光プローブ１２Ｔ１を挿入し、ペンシル１５を用いてホルダ３０の他の一の貫通孔を送光プローブ１２Ｔ２の配置位置として指定し、その貫通孔に送光プローブ１２Ｔ２を挿入していくように、被検者の頭皮表面上の送光プローブ１２Ｔ１〜１２Ｔ８の配置位置を順番に次々と指定して挿入していく。また、ペンシル１５を用いてホルダ３０の一の貫通孔を受光プローブ１３Ｒ１の配置位置として指定し、その貫通孔に受光プローブ１３Ｒ１を挿入し、ペンシル１５を用いてホルダ３０の他の一の貫通孔を受光プローブ１３Ｒ２の配置位置として指定し、その貫通孔に受光プローブ１３Ｒ２を挿入していくように、被検者の頭皮表面上の受光プローブ１３Ｒ１〜１３Ｒ８の配置位置を順番に次々と指定して挿入していく。
これにより、光生体計測装置１において、対応関係データ作成部３６で被検者の頭皮表面及び脳表面と、３次元頭皮表面画像４１及び３次元脳表面画像４２とが照合されているので、３次元頭皮表面画像４１及び３次元脳表面画像４２に対して送光プローブ１２Ｔ１〜１２Ｔ８と受光プローブ１３Ｒ１〜１３Ｒ８とがどの位置に配置されたかを示す配置位置情報が作成される。
チャンネル情報記憶制御部３８は、計測前に合計２４個の測定部位に関する受光量情報ΔＡｎ（λ１）、ΔＡｎ（λ２）、ΔＡｎ（λ３）（ｎ＝１，２，・・・，２４）を取得するための送光プローブ１２Ｔ１〜１２Ｔ８と受光プローブ１３Ｒ１〜１３Ｒ８との組み合わせを示すチャンネル情報をメモリ２５に記憶させる制御を行う。具体的には、第１組のチャンネルとして送光プローブ１２Ｔ１からの光を受光プローブ１３Ｒ１で検出させた受光量情報ΔＡ１（λ１）、ΔＡ１（λ２）、ΔＡ１（λ３）を取得し、第２組のチャンネルとして送光プローブ１２Ｔ２からの光を受光プローブ１３Ｒ１で検出させた受光量情報ΔＡ２（λ１）、ΔＡ２（λ２）、ΔＡ２（λ３）を取得するように、所定の送光プローブ１２Ｔ２からの光を所定の受光プローブ１３Ｒ１で検出させた合計２４個の受光量情報ΔＡｎ（λ１）、ΔＡｎ（λ２）、ΔＡｎ（λ３）（ｎ＝１，２，・・・，２４）を取得するための合計２４組のチャンネルを示すチャンネル情報をメモリ２５に記憶させる。
チャンネル情報表示制御部３９は、医師や検査技師等が入力装置２７を用いて、送光プローブ１２Ｔ１〜１２Ｔ８及び受光プローブ１３Ｒ１〜１３Ｒ８の配置位置の入力内容を確認するための操作信号を入力することにより、表示装置２６に３次元座標（ＸＹＺ座標）を表示し、配置位置関係取得部３７で作成された配置位置情報に基づいて、ＸＹＺ座標上に、８個の送光プローブ１２Ｔ１〜１２Ｔ８が配置された８個の送光プローブ配置点Ｔ１〜Ｔ８と、８個の受光プローブ１３Ｒ１〜１３Ｒ８が配置された８個の受光プローブ配置点Ｒ１〜Ｒ８とを表示するとともに、メモリ２５に記憶されたチャンネル情報に基づいて、送光プローブ配置点Ｔ１〜Ｔ８と受光プローブ配置点Ｒ１〜Ｒ８とを結ぶ直線を表示する制御を行う。
図５は、送光プローブ１２Ｔ１〜１２Ｔ８及び受光プローブ１３Ｒ１〜１３Ｒ８の配置位置の入力内容を確認するための表示画面の一例である。表示画面の右側領域には、ＸＹＺ座標上に、送光プローブ１２Ｔ１の配置位置が送光プローブ配置点Ｔ１として１番の赤色球体で表示され、送光プローブ１２Ｔ２の配置位置が送光プローブ配置点Ｔ２として２番の赤色球体で表示されるように、各送光プローブ１２Ｔ１〜１２Ｔ８の配置位置が各番号の赤色球体で表示されている。また、ＸＹＺ座標上に、受光プローブ１３Ｒ１の配置位置が受光プローブ配置点Ｒ１として１番の青色球体で表示され、受光プローブ１３Ｒ２の配置位置が受光プローブ配置点Ｒ２として２番の青色球体で表示されるように、各受光プローブ１３Ｒ１〜１３Ｒ８の配置位置が各番号の青色球体で表示されている。そして、送光プローブ配置点Ｔ１と受光プローブ配置点Ｒ１とを結ぶ第１組のチャンネルを示す直線が表示され、送光プローブ配置点Ｔ２と受光プローブ配置点Ｒ１とを結ぶ第２組のチャンネルを示す直線が表示されるように、合計２４組のチャンネルを示す２４本の直線が表示されている。
なお、図５に示す表示画面の左下領域には、各受光プローブ１３Ｒ１〜１３Ｒ８の配置位置の座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）が表示されている。
これにより、医師や検査技師等は、送光プローブ１２Ｔ１〜１２Ｔ８及び受光プローブ１３Ｒ１〜１３Ｒ８の配置位置の入力内容を確認する際には、表示装置２６に表示されたＸＹＺ座標上に送光プローブ配置点Ｔ１〜Ｔ８と受光プローブ配置点Ｒ１〜Ｒ８とを結ぶ直線が表示されるので、直線がホルダ３０と同様の格子状になっているか否かを画面上で確認することができる。
このとき、医師や検査技師等が、ペンシル１５を用いて被検者の頭皮表面上の送光プローブ１２Ｔ１〜１２Ｔ８及び受光プローブ１３Ｒ１〜１３Ｒ８の配置位置を指定する際に、位置指定を誤った場合には、表示装置に表示される直線がホルダ３０と同様の格子状にはならない。
このように、医師や検査技師等は、送光プローブ１２Ｔ１〜１２Ｔ８の配置位置と受光プローブ１３Ｒ１〜１３Ｒ８の配置位置とが正しく入力されたか否かを容易に判断することができる。その結果、２４個の測定データＸｎ（ｔ）、Ｙｎ（ｔ）、Ｚｎ（ｔ）（ｎ＝１，２，・・・，２４）を正しい測定部位から取得することができる。
送受光用制御部２１は、所定の時間に１個の送光プローブ１２Ｔ１〜１２Ｔ８に光を送光する駆動信号を光源駆動機構４に出力するとともに、受光プローブ１３Ｒ１〜１３Ｒ８で受光された受光量情報ΔＡｎ（λ１）、ΔＡｎ（λ２）、ΔＡｎ（λ３）（ｎ＝１，２，・・・，２４）を光検出器３で検出する制御を行う。具体的には、まず５ミリ秒間、送光プローブ１２Ｔ１に波長７８０ｎｍの光を送光させ、次の５ミリ秒間、送光プローブ１２Ｔ１に波長８０５ｎｍの光を送光させ、次の５ミリ秒間、送光プローブ１２Ｔ１に波長８３０ｎｍの光を送光させ、次の５ミリ秒間、送光プローブ１２Ｔ２に波長７８０ｎｍの光を送光させるように、所定のタイミングで１個の送光プローブ１２Ｔ１〜１２Ｔ８に光を順番に送光させていく。このとき、いずれか１個の送光プローブ１２Ｔ１〜１２Ｔ８に光を送光させるごとに、８個の受光プローブ１３Ｒ１〜１３Ｒ８で受光量情報を検出することになるが、メモリ２５に記憶されたチャンネル情報に基づいて、所定のタイミングで検出した所定の受光プローブ１３Ｒ１〜１３Ｒ８の受光量情報をメモリ２５に記憶させる。これにより、合計２４個の受光量情報ΔＡｎ（λ１）、ΔＡｎ（λ２）、ΔＡｎ（λ３）（ｎ＝１，２，・・・，２４）の収集が行われる。
演算部２２は、メモリ２５に記憶された２４個の受光量情報ΔＡｎ（λ１）、ΔＡｎ（λ２）、ΔＡｎ（λ３）に基づいて、関係式（１）（２）（３）を用いて、オキシヘモグロビンの濃度変化・光路長積[oxyHb]の経時変化（測定データ）Ｘｎ（ｔ）、デオキシヘモグロビンの濃度変化・光路長積[deoxyHb]の経時変化（測定データ）Ｙｎ（ｔ）及び総ヘモグロビンの濃度変化・光路長積（[oxyHb]＋[deoxyHb]）の経時変化（測定データ）Ｚｎ（ｔ）（ｎ＝１，２，・・・，２４）を求める制御を行う。
測定データ表示制御部４０は、医師や検査技師等が入力装置２７を用いて、測定データＸｎ（ｔ）、Ｙｎ（ｔ）、Ｚｎ（ｔ）（ｎ＝１，２，・・・，２４）を表示するための操作信号を入力することにより、演算部２２で算出された測定データＸｎ（ｔ）、Ｙｎ（ｔ）、Ｚｎ（ｔ）と、メモリ２５に記憶されたチャンネル情報と、配置位置関係取得部３７で作成された配置位置情報とに基づいて、３次元頭皮表面画像４１や３次元脳表面画像４２の測定関連点Ｍｎ、Ｓｎ上に測定データＸｎ（ｔ）や測定データＹｎ（ｔ）や測定データＺｎ（ｔ）を表示する制御を行う。
例えば、画像切替部３２ｃで３次元頭皮表面画像４１と３次元脳表面画像４２とを表示させ、ある時間ｔ１における測定データＸｎ（ｔ１）を表示させるように医師や検査技師等が入力装置２７を用いて指示した場合には、ある時間ｔ１における測定データＸｎ（ｔ１）を、数値とカラーとの対応関係を示すカラーテーブルに基づいて、カラーを決定し、３次元頭皮表面画像４１上の測定関連点Ｍｎ（ｎ＝１，２，・・・，２４）を算出することで、３次元頭皮表面画像４１上にカラーマッピングを作成して表示する（図６参照）。
このとき、例えば、測定関連点Ｍ１は、送光プローブ配置点Ｔ１と受光プローブ配置点Ｒ１とを結んだ直線の中点とし、測定関連点Ｍ２は、送光プローブ配置点Ｔ２と受光プローブ配置点Ｒ１とを結んだ直線の中点とするように、２４個の測定関連点Ｍｎが算出される。
また、画像切替部３２ｃで３次元脳表面画像４２を表示させ、ある時間ｔ２における測定データＹｎ（ｔ２）を表示させるように医師や検査技師等が入力装置２７を用いて指示した場合には、ある時間ｔ２における測定データＹｎ（ｔ２）を、数値とカラーとの対応関係を示すカラーテーブルに基づいて、カラーを決定し、３次元脳表面画像４２上の測定関連点Ｓｎ（ｎ＝１，２，・・・，２４）を算出することで、３次元脳表面画像４２上にカラーマッピングを作成して表示する。
このとき、例えば、測定関連点Ｓ１は、送光プローブ配置点Ｔ１と受光プローブ配置点Ｒ１とを結んだ直線の中点Ｍ１から、送光プローブ配置点Ｔ１と受光プローブ配置点Ｒ１とを結んだ直線の距離の半分の深さとし、測定関連点Ｓ２は、送光プローブ配置点Ｔ２と受光プローブ配置点Ｒ１とを結んだ直線の中点Ｍ２から、送光プローブ配置点Ｔ２と受光プローブ配置点Ｒ１とを結んだ直線の距離の半分の深さとするように、２４個の測定関連点Ｓｎが算出される。
＜他の実施形態＞
（１）上述した光生体計測装置１では、送光プローブ配置点Ｔ１〜Ｔ８として赤色球体で表示されるとともに、受光プローブ配置点Ｒ１〜Ｒ８として青色球体で表示される構成を示したが、多角体や文字等で表示される構成としてもよい。
（２）上述した光生体計測装置１では、チャンネル情報表示制御部３９は、配置位置関係取得部３７で配置位置情報が作成された後、図５に示すような表示画面を表示する構成としたが、配置位置関係取得部３７で配置位置の情報が取得されるごとに、表示画面を表示する構成としてもよい。これにより、ペンシル１５を用いて指定されるたびに、配置点や直線が表示されていくことになる。
本発明は、非侵襲で脳活動を測定する光生体計測装置等に利用することができる。
１： 光生体計測装置
１２： 送光プローブ
１３： 受光プローブ
２１： 送受光用制御部
２２： 演算部
２５： メモリ（記憶部）
２６： 表示装置
３０： ホルダ（送受光部）
３２： ３次元画像表示制御部
３９： チャンネル情報表示制御部
４０： 測定データ表示制御部
４１： ３次元頭皮表面画像
４２： ３次元脳表面画像

Claims (3)

  1. 被検者の頭皮表面上に配置される複数個の送光プローブと、当該頭皮表面上に配置される複数個の受光プローブとを有する送受光部と、
    前記送光プローブが頭皮表面に光を照射するとともに、前記受光プローブが頭皮表面から放出される光を検出するように制御することで、複数個の測定部位に関する複数個の受光量情報を取得する送受光用制御部と、
    複数個の受光量情報に基づいて、複数個の測定データを取得する演算部と、
    ３次元頭皮表面画像及び３次元脳表面画像を取得して表示装置に表示する３次元画像表示制御部と、
    表示装置に表示させた３次元頭皮表面画像又は３次元脳表面画像上に、複数個の測定データを表示する測定データ表示制御部とを備える光生体計測装置であって、
    測定部位に関する受光量情報を取得するための送光プローブと受光プローブとの組み合わせを示すチャンネル情報を記憶する記憶部と、
    表示装置に表示させた３次元座標上に、複数個の送光プローブが配置された複数個の送光プローブ配置点と、複数個の受光プローブが配置された複数個の受光プローブ配置点とを表示するとともに、前記チャンネル情報に基づいて、送光プローブ配置点と受光プローブ配置点とを結ぶように送光プローブと受光プローブとの組み合わせを示す線分を表示するチャンネル情報表示制御部とを備えることを特徴とする光生体計測装置。
  2. 前記被検者の頭部の設定位置に固定され、前記被検者の頭部を含む周囲の空間に磁界を発生する磁場ソースと、
    前記被検者の頭皮表面上の位置を指定するための、前記磁界を検出する指定用磁気センサと、
    前記被検者の頭皮表面上の少なくとも３個の基準位置が指定用磁気センサで指定されることにより、前記指定用磁気センサからの検出信号を得ることで、前記磁場ソースと少なくとも３個の基準位置との位置関係を取得する基準位置関係取得部と、
    前記３次元頭皮表面画像中で少なくとも３個の基準位置画像が入力装置で指定されることにより、少なくとも３個の基準位置と少なくとも３個の基準位置画像との対応関係を示す対応関係データを作成する対応関係データ作成部と、
    前記被検者の頭皮表面上の複数個の送光プローブの配置位置と複数個の受光プローブの配置位置が指定用磁気センサで指定されることにより、前記指定用磁気センサからの検出信号を得ることで、前記磁場ソースと送光プローブ及び受光プローブの配置位置との位置関係を取得する配置位置関係取得部とを備えることを特徴とする請求項１に記載の光生体計測装置。
  3. 被検者の頭皮表面上に配置される複数個の送光プローブと、当該頭皮表面上に配置される複数個の受光プローブとを有する送受光部と、
    前記送光プローブが頭皮表面に光を照射するとともに、前記受光プローブが頭皮表面から放出される光を検出するように制御することで、複数個の測定部位に関する複数個の受光量情報を取得する送受光用制御部とを備える光生体計測装置に用いられる位置計測装置であって、
    測定部位に関する受光量情報を取得するための送光プローブと受光プローブとの組み合わせを示すチャンネル情報を記憶する記憶部と、
    表示装置に表示させた３次元座標上に、複数個の送光プローブが配置された複数個の送光プローブ配置点と、複数個の受光プローブが配置された複数個の受光プローブ配置点とを表示するとともに、前記チャンネル情報に基づいて、送光プローブ配置点と受光プローブ配置点とを結ぶように送光プローブと受光プローブとの組み合わせを示す線分を表示するチャンネル情報表示制御部とを備えることを特徴とする位置計測装置。
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