JP6524869B2 - 光計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、光計測装置に関し、特に、被験者の脳活動の計測を行う光計測装置に関する。

従来、被験者の脳活動の計測を行う光計測装置が知られている。（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、被験者の頭部に計測光を照射する複数の送光端子と、頭部に照射された計測光を受光する受光端子とを備え、近赤外分光法（ＮＩＲＳ）を用いて脳活動計測を行う光計測装置が開示されている。光計測装置では、一対の送光端子と受光端子とのペアによって計測チャンネルが構成され、計測チャンネル毎に脳活動データが取得される。

ここで、脳活動計測では、被験者の自律神経の状態が計測データに影響を及ぼすことが知られている。たとえば疲労、ストレスや自律神経系疾患などにより自律神経機能がアンバランスな状態となっている場合には、脳活動データの解析において自律神経の影響度合いを評価し、影響の大きさを考慮したデータ解析を行う必要が生じる場合がある。

特開２００９−２３０号公報

しかしながら、上記特許文献１の光計測装置では、脳活動計測において被験者の自律神経の状態を把握することができないという問題点がある。また、たとえば、光計測装置による計測と同時に被験者の自律神経の状態を計測しようとすると、自律神経の状態を計測するための専用のハードウェア（計測装置）を別途追加する必要があるという問題点がある。この場合、計測が大がかりになりデータ解析も煩雑化してしまう。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、専用のハードウェアを別途追加することなく、被験者の自律神経の状態を把握することが可能な光計測装置を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の一の局面における光計測装置は、被験者の頭部関心領域に計測光を照射可能な複数の脳計測用送光端子と、頭部関心領域に照射された計測光を受光可能な複数の脳計測用受光端子と、複数の脳計測用送光端子および複数の脳計測用受光端子により構成された頭部計測チャンネルにより、頭部関心領域を計測する脳活動計測手段と、複数の脳計測用送光端子および複数の脳計測用受光端子のうち一部を利用して構成された脈波計測チャンネルにより、被験者の脈波を計測する脈波計測手段とを備え、脈波計測手段による計測が、脳活動計測手段による計測の一部と並行して行われるように構成されており、脳活動計測手段は、脳計測用送光端子毎の点灯タイミングが予め設定された順序に基づいて、所定の点灯タイミングで頭部計測チャンネルを構成する複数の脳計測用送光端子から計測光を照射させるように構成されており、脈波計測手段は、頭部計測チャンネルを構成する複数の脳計測用送光端子のうちのいずれか１つと同じ点灯タイミングで、脈波計測チャンネルを構成する脳計測用送光端子から計測光を照射させるように構成されている。

この発明の一の局面による光計測装置では、上記のように、複数の脳計測用送光端子および複数の脳計測用受光端子のうち一部を利用して構成された脈波計測チャンネルにより、被験者の脈波を計測する脈波計測手段を設け、脈波計測手段による計測が、脳活動計測手段による計測の一部と並行して行われるように構成されており、脳活動計測手段は、脳計測用送光端子毎の点灯タイミングが予め設定された順序に基づいて、所定の点灯タイミングで頭部計測チャンネルを構成する複数の脳計測用送光端子から計測光を照射させるように構成されており、脈波計測手段は、頭部計測チャンネルを構成する複数の脳計測用送光端子のうちのいずれか1つと同じ点灯タイミングで、脈波計測チャンネルを構成する脳計測用送光端子から計測光を照射させるように構成されている。これにより、被験者の自律神経の状態を把握するための脈波計測を、脳活動計測と並行して行うことができる。また、脳計測用送光端子および脳計測用受光端子の一部を流用して脈波計測を行うことができるので、専用のハードウェア（計測装置）を別途追加する必要がない。以上により、本発明によれば、専用のハードウェアを別途追加することなく、被験者の自律神経の状態を把握することができる。

上記一の局面による光計測装置において、好ましくは、脈波計測チャンネルから計測された脈波データに基づき、自律神経機能のバランスを評価するための指標を算出する演算手段と、頭部計測チャンネルから計測された脳活動データと、算出された指標とを同一画面上に表示する表示部とをさらに備える。このように構成すれば、自律神経機能のバランスを評価するための指標により、被験者の自律神経の状態を容易に把握することができる。また、脳活動データと同時に表示部の画面上で自律神経の指標を把握することができるので、脳活動の計測中に自律神経の影響を評価することができる。その結果、たとえば自律神経機能がアンバランスとなっており脳活動データへの影響が大きい場合には、計測条件の調整や、被験者への適切な処置（休息をとるなど）などの各種の対応ができるようになる。これにより、データ解析のみならず、脳活動計測を実施する際の装置の利便性を向上させることができる。

この場合、好ましくは、演算手段は、脈波データに基づき加速度脈波を算出し、所定期間の加速度脈波に含まれる低周波成分と高周波成分との比を、指標として算出するように構成されている。このように構成すれば、主として交感神経機能を反映する加速度脈波の低周波成分と、主として副交感神経機能を反映する加速度脈波の高周波成分との比に基づいて、より容易かつ直接的に、被験者の自律神経の状態を把握することができる。なお、本明細書において、「加速度脈波に含まれる低周波成分と高周波成分との比」とは、自律神経機能の分野で利用される指標（ＬＦ／ＨＦ）であり、一般的には、「加速度脈波の低周波成分」とは、０．１５Ｈｚ未満の周波数成分を示し、「加速度脈波の高周波成分」とは、０．１５Ｈｚ以上の周波数成分を示す。高周波成分の上限は、０．４０Ｈｚ〜０．５０Ｈｚとされるのが一般的である。低周波成分と高周波成分との境界（０．１５Ｈｚ）や、高周波成分の上限は、厳密にこれらの値に限定されるものではなく、自律神経機能のバランスを評価するための指標として利用できる範囲において、異なる値を採用してもよい。

上記一の局面による光計測装置において、好ましくは、脈波計測手段は、頭部計測チャンネルを構成する脳計測用送光端子からの計測光と同一波長の計測光を、脈波計測チャンネルを構成する脳計測用送光端子から照射するように構成されている。このように構成すれば、共通の計測光により、脳活動データと脈波データとの両方を取得することができる。すなわち、専用のハードウェア（計測装置）を別途追加する必要がないだけでなく、脈波計測専用の光源を設けることなく、脳活動計測用の光源を利用して脳活動データと脈波データとの両方を取得することができる。

上記一の局面による光計測装置において、好ましくは、脳活動計測手段と脈波計測手段とは、同一のサンプリング間隔で計測データを取得するように構成されている。このように構成すれば、脳活動データの解析においてデータ間の時系列を整合させる処理などを要することなく、同一のサンプリング間隔で取得された計測データ（脳活動データおよび脈波データ）に基づいて統一的な解析処理が可能となる。また、専用のハードウェア（計測装置）を別途追加する場合、ハードウェアの仕様上の制限により脳活動データと脈波データとを同一のサンプリング間隔で取得することが困難となる場合があるのに対して、本発明によれば、同一の装置に脳活動計測手段と脈波計測手段とを設けることによって、容易に、脳活動データと脈波データとを同一のサンプリング間隔で取得することができるので、装置の利便性を向上させることができる。

上記一の局面による光計測装置において、好ましくは、頭部計測チャンネルは複数構成されており、脈波計測チャンネルは、一対の脳計測用送光端子および脳計測用受光端子により１つ構成されている。このように構成すれば、脳計測用送光端子および脳計測用受光端子を流用して脈波計測チャンネルを構成する場合でも、計測可能な頭部計測チャンネルの数を必要以上に減少させることがない。その結果、脈波データを取得しつつ、十分な数の脳活動データを取得することができる。

上記一の局面による光計測装置において、好ましくは、脳計測用送光端子および脳計測用受光端子を頭部関心領域に対応する頭部計測位置に保持する頭部計測用ホルダと、脳計測用送光端子および脳計測用受光端子を被験者の脈波計測位置に保持する脈波計測用ホルダとをさらに備え、脳計測用送光端子および脳計測用受光端子は、それぞれ、頭部計測用ホルダと脈波計測用ホルダとに着脱可能に構成されている。このように構成すれば、特定の脳計測用送光端子および脳計測用受光端子を脈波計測用の専用の端子にすることなく、任意かつ汎用の端子をそれぞれのホルダに着脱して使用することができる。その結果、脳活動計測の際に脳計測用送光端子および脳計測用受光端子を自由に選択できるようになるので、装置の利便性を向上させることができる。

本発明によれば、上記のように、専用のハードウェアを別途追加することなく、被験者の自律神経の状態を把握することができる。

本発明の一実施形態による光計測装置の全体構成を示した模式図である。 頭部計測チャンネルおよび頭部計測用ホルダを説明するための模式図である。 頭部計測用ホルダへのプローブ配置の一例を示した模式図である。 脈波計測チャンネルおよび脈波計測用ホルダを説明するための模式図である。 各送光プローブの点灯プロトコルの一例を示した図である。 脈波データに基づいて指標を算出する処理を説明するための概念図である。 表示部の表示画面の一例を示す図である。 自律神経機能のバランスを評価するための指標を説明するための図である。 本発明の一実施形態による光計測装置の計測処理を説明するためのフロー図である。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

まず、図１〜図７を参照して、本発明の一実施形態による光計測装置１００の全体構成について説明する。

［光計測装置の構成］
まず、光計測装置１００による脳活動計測の概要について説明する。光計測装置１００は、近赤外分光法（ＮＩＲＳ）を用いて被検者の脳活動を光学的に計測し、時系列の計測結果データを生成する装置である。

具体的には、光計測装置１００は、図１に示すように、近赤外光の波長領域の計測光を被検者の頭部表面上に配置した送光プローブ１から頭部関心領域Ｒに照射する。そして、頭部関心領域Ｒに照射された計測光を頭部表面上に配置した受光プローブ２に入射させて検出することにより、計測光の強度（受光量）を取得する。送光プローブ１は、特許請求の範囲の「脳計測用送光端子」の一例である。受光プローブ２は、特許請求の範囲の「脳計測用受光端子」の一例である。

光計測装置１００は、近赤外領域（およそ７００ｎｍ〜２５００ｎｍ）における複数波長（たとえば、７８０ｎｍ、８０５ｎｍおよび８３０ｎｍの３波長）の計測光の強度（受光量）とヘモグロビンの吸光特性とに基づいて、酸素化ヘモグロビン、脱酸素化ヘモグロビンおよび総ヘモグロビンの変化量を計測する。すなわち、光計測装置１００は、頭部関心領域Ｒにおけるヘモグロビン変化量を、脳活動に伴う脳中血流変化を反映した脳活動として計測する。頭部関心領域Ｒは、計測目的に応じて設定されるものであり、特に限定されるものではない。たとえば、認知機能に関する脳活動の計測では、主として前頭葉（前頭前野）が頭部関心領域Ｒとして設定される。

また、本実施形態による光計測装置１００は、脳活動計測に加えて、被験者の脈波計測を行うように構成されている。

図１に示すように、光計測装置１００は、計測部１０と、本体制御部１１と、主記憶部１２とを備えている。計測部１０は、光出力部１３と、光検出部１４と、計測制御部１５とを含む。また、光計測装置１００は、表示部１６と、操作入力部１７とを備える。また、光計測装置１００は、被験者の頭部関心領域Ｒに計測光を照射可能な複数の送光プローブ１と、頭部関心領域Ｒに照射された計測光を受光可能な複数の受光プローブ２とを備える。計測部１０は、特許請求の範囲の「脳活動計測手段」および「脈波計測手段」の一例である。本体制御部１１は、特許請求の範囲の「演算手段」の一例である。

計測部１０は、送光プローブ１および受光プローブ２のペアにより計測チャンネルを構成し、計測光を用いた計測を計測チャンネル毎に行う機能を有する。具体的には、計測部１０は、複数の送光プローブ１および複数の受光プローブ２により構成された頭部計測チャンネル２１（図２参照）により、頭部関心領域Ｒを計測する脳活動計測手段として機能するとともに、複数の送光プローブ１および複数の受光プローブ２のうち一部を利用して構成された脈波計測チャンネル２２（図４参照）により、被験者の脈波を計測する脈波計測手段として機能する。

光出力部１３は、光ファイバ３を介して送光プローブ１に計測光を出力するように構成されている。光出力部１３は、半導体レーザーなどを光源として備え、近赤外光の波長領域で上記した複数波長の計測光を出力する。光検出部１４は、光電子増倍管などを検出器として備え、受光プローブ２に入射した計測光を光ファイバ３を介して取得し、検出するように構成されている。

計測制御部１５は、光出力部１３および光検出部１４の動作制御を行い、光出力部１３の点灯および消灯のタイミングを制御するとともに、光検出部１４から受光量信号を取得する。

本体制御部１１は、ＣＰＵやメモリなどから構成されるコンピュータであり、主記憶部１２に格納された各種プログラムを実行することにより、光計測装置１００の計測動作を制御するように構成されている。

また、本体制御部１１は、データ解析用ソフトウェア（プログラム）を実行することにより、得られた計測データを表示部１６へ出力する。計測データは、時間情報と計測値情報とを含む時系列データであり、計測チャンネル毎に主記憶部１２に記録される。

主記憶部１２は、たとえばＨＤＤ（ハードディスクドライブ）からなり、本体制御部１１が実行する各種プログラムを格納するととともに、計測の結果得られた計測データを記憶することが可能である。表示部１６は、たとえば液晶モニタなどの表示装置であり、操作入力部１７は、たとえばキーボードおよびマウスなどからなる入力機器である。

送光プローブ１および受光プローブ２は、それぞれ複数設けられている。本実施形態では、光計測装置１００は、送光プローブ１および受光プローブ２を頭部関心領域Ｒに対応する頭部計測位置に保持する頭部計測用ホルダ４と、送光プローブ１および受光プローブ２を被験者の脈波計測位置に保持する脈波計測用ホルダ５とを備える。送光プローブ１および受光プローブ２は、それぞれ、頭部計測用ホルダ４と脈波計測用ホルダ５とに着脱可能に構成されている。

図２に示すように、頭部計測用ホルダ４は、被験者の頭部に装着可能に構成され、プローブを固定するための複数の取付穴４ａを備えている。送光プローブ１および受光プローブ２は、頭部計測用ホルダ４に取り付けられることにより、頭部表面上の所定位置に固定される。隣接する送光プローブ１と受光プローブ２との間に頭部計測チャンネル（計測点）２１が構成される。頭部計測チャンネル２１は、被検者の頭部に所定の第１間隔Ｄ１を隔てて配置された送光プローブ１および受光プローブ２により構成され、脳活動データ２３（図１参照）を取得する計測チャンネルである。第１間隔Ｄ１は、一般に約３ｃｍの一定間隔とされる。

図３に示すように、頭部計測用ホルダ４において、送光プローブ１と受光プローブ２とは、たとえば行および列の各方向に交互に並ぶように配置される。この場合、行方向および列方向に隣接するそれぞれの送光プローブ１と受光プローブ２とで頭部計測チャンネル２１を構成することができ、プローブ数当たりの計測チャンネル数を最大化することが可能である。図３では、１４本の送光プローブ１と、１３本の受光プローブ２とにより、４２点の頭部計測チャンネル２１を構成した例を示している。

また、本実施形態では、複数の送光プローブ１および複数の受光プローブ２のうち一部を利用して、脈波計測チャンネル２２が構成されている。すなわち、
送光プローブ１および受光プローブ２は、図４に示す脈波計測用ホルダ５に取り付けられることにより、被験者の脈波計測位置に配置される。隣接する送光プローブ１と受光プローブ２との間に脈波計測チャンネル（計測点）２２が構成される。脈波計測チャンネル２２は、被験者の脈波データ２４（図６参照）を取得する計測チャンネルである。

脈波計測用ホルダ５は、被験者の脈波計測部位によって異なる構造が採用される。脈波計測部位としては、たとえば被験者の手指や、被験者の耳朶とすることができる。図４では、被験者の手指を脈波計測部位とし、いわゆる指尖脈波を計測する例を示している。

この場合、脈波計測用ホルダ５は、被験者の手指（人差し指など）を挿入可能な筒状形状の筒状部５ａを有する。脈波計測用ホルダ５には、筒状部５ａを外周部から内周部まで貫通するように、被験者の脈波計測位置にプローブを固定するための取付穴５ｂが形成されている。脈波計測用ホルダ５は、２つの取付穴５ｂを備え、送光プローブ１および受光プローブ２が１つずつ取り付けられる。したがって、本実施形態では、脈波計測チャンネル２２は、一対の送光プローブ１および受光プローブ２により１つ（１チャンネル）構成されている。

送光プローブ１および受光プローブ２（すなわち、２つの取付穴５ｂ）は、所定の第２間隔Ｄ２を隔てて配置される。第２間隔Ｄ２は、たとえば１０ｍｍ程度である。これにより、送光プローブ１から指先の組織内に計測光が照射され、組織内を通過した計測光が受光プローブ２により受光される。計測光は、組織内の血流に応じて吸収されることから、脈波計測チャンネル２２の計測信号は、拍動に伴う血流の変化を反映した脈波データ２４（指尖容積脈波）として取得される。

このような構成により、図３および図４に示した構成例では、１４本の送光プローブ１と、１３本の受光プローブ２とにより構成された４２点の頭部計測チャンネル２１から脳活動データ２３が取得され、各１本の送光プローブ１および受光プローブ２により構成された４３番目の脈波計測チャンネル２２から脈波データ２４が取得される。

（計測の概要）
次に、頭部計測チャンネル２１および脈波計測チャンネル２２での計測の概要について説明する。

本実施形態では、光計測装置１００は、頭部計測チャンネル２１からの脳活動データ２３の計測と、脈波計測チャンネル２２からの脈波データ２４の計測とを、共通の計測条件で、並行して実施するように構成されている。計測条件は、計測に用いる計測光の波長、計測データのサンプリング間隔を含む。

すなわち、計測部１０は、頭部計測チャンネル２１を構成する送光プローブ１からの計測光と同一波長の計測光を、脈波計測チャンネル２２を構成する送光プローブ１から照射するように構成されている。上記のように、脳活動データ２３は、複数波長（たとえば、７８０ｎｍ、８０５ｎｍおよび８３０ｎｍの３波長）の計測光を用いて取得される。計測部１０は、脈波計測チャンネル２２の送光プローブ１についても、光出力部１３から同じ複数波長の計測光を照射させるように制御する。言い換えると、光計測装置１００は、脈波計測のための専用光源を備えることなく、脳活動計測に用いる共通の光源（光出力部１３）を用いて、脈波データ２４を取得する。

なお、たとえば図３のプローブ配置において、１つの受光プローブ２を挟む両側の送光プローブ１（たとえば、１番と４番の送光プローブ）から計測光が同時に照射されると、両方の計測光が受光されてしまい、計測チャンネル間の混信が生じることになる。そのため、計測部１０は、それぞれの送光プローブ１の点灯（計測光の照射）を、予め設定されたプロトコルに従って、点灯サイクル単位で点灯タイミングをずらして順次行う。

図５は、点灯プロトコルの構成例を示しており、横軸が点灯サイクル番号を表し、縦軸が送光プローブ番号を表す。図５では、図３に示した頭部計測チャンネル２１の送光プローブ１を１番〜１４番とし、脈波計測チャンネル２２の送光プローブ１を１５番に設定している。図５の構成例では、点灯サイクル数は、１４である。すなわち、点灯サイクル毎に、頭部計測チャンネル２１の送光プローブ１が１番から１４番まで１つずつ順次点灯される。

ここで、脈波計測チャンネル２２の送光プローブ１は、１４番目の点灯サイクルにおいて、頭部計測チャンネル２１の１４番の送光プローブ１と同時に（同じ点灯サイクルで）点灯される。すなわち、本実施形態では、計測部１０は、頭部計測チャンネル２１を構成する送光プローブ１からの計測光の照射タイミングと同じタイミングで、脈波計測チャンネル２２を構成する送光プローブ１から計測光を照射するように構成されている。

これは、被験者の頭部に構成された頭部計測チャンネル２１と、指先に構成された脈波計測チャンネル２２との間では、同時点灯しても計測チャンネル間の混信が生じることがないためである。そのため、脈波計測チャンネル２２の点灯は、１４番以外のどの点灯サイクルで行ってもよい。

また、本実施形態では、計測部１０は、頭部計測チャンネル２１からの脳活動データ２３の取得と、脈波計測チャンネル２２からの脈波データ２４の取得との両方について、同一のサンプリング間隔で計測データを取得するように構成されている。

サンプリング間隔は、たとえば７５μ秒や、１２５μ秒などの所定時間間隔であり、計測条件の１つとして使用者により予め設定される。光計測装置１００は、これらのサンプリング間隔を選択（変更）可能に構成されている。このため、脳活動データ２３と脈波データ２４とは、時系列の揃った計測データとして一括で取得される。

得られた脳活動データ２３と脈波データ２４とは、主記憶部１２に記録される。また、本実施形態では、本体制御部１１は、脈波計測チャンネル２２から計測された脈波データ２４に基づき、自律神経機能のバランスを評価するための指標２５（図１参照）を算出するように構成されている。

具体的には、図６に示すように、本体制御部１１は、脈波データ２４に基づき加速度脈波２４ａを算出し、所定期間の加速度脈波に含まれる低周波成分と高周波成分との比を、指標２５として算出するように構成されている。加速度脈波２４ａとは、指先の脈波（指尖容積脈波）の二次微分波（２回微分した脈波）である。ここでいう「加速度」は物体の運動ではなく、２階微分の意味で慣用されている。

加速度脈波２４ａは、ａ波、ｂ波、ｃ波、ｄ波およびｅ波の５つの特徴的な成分を含む。本体制御部１１は、脈波データ２４から算出した加速度脈波２４ａについて、ａ波から次のａ波までの所定期間Ｄｔ（ａ−ａ間隔）を、加速度脈波２４ａの１周期分の時間間隔として取得する。そして、本体制御部１１は、この所定期間Ｄｔの範囲に設定した時間窓内の加速度脈波２４ａに対して周波数解析を行うことにより、加速度脈波２４ａを周波数成分ごとに分解する。そして、本体制御部１１は、加速度脈波２４ａに含まれる低周波成分のパワーと高周波成分のパワーとの比（ＬＦ／ＨＦ）を算出する。

ここで、加速度脈波２４ａの低周波成分（ＬＦ：Ｌｏｗ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）は、たとえば０．１５Ｈｚ未満の周波数成分とし、加速度脈波２４ａの高周波成分（ＨＦ：Ｈｉｇｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）は、０．１５Ｈｚ以上の周波数成分とする。低周波成分ＬＦは、主に交感神経機能を反映し、高周波成分ＨＦは、主に副交感神経機能を反映する。そのため、低周波成分と高周波成分との比ＬＦ／ＨＦは、交感神経と副交感神経とのバランス（自律神経機能のバランス）を表す指標２５として利用することができる。

得られた指標（ＬＦ／ＨＦ）２５は、主記憶部１２に記憶されると共に、表示部１６に表示される。図７に示すように、本実施形態では、表示部１６は、頭部計測チャンネル２１から計測された脳活動データ２３と、算出された指標（ＬＦ／ＨＦ）２５とを同一画面上に表示する。指標２５は、脈波計測チャンネル２２に対応する４３ｃｈの計測データとして、１ｃｈ〜４２ｃｈの脳活動データ２３とともに表示される。

（自律神経機能のバランスを評価するための指標）
得られた指標（ＬＦ／ＨＦ）２５の値からは、たとえば被験者の疲労度合いを評価することができる。図８に示すように、交感神経と副交感神経とのバランスのとれた通常時には、ＬＦ／ＨＦの値は約１．３〜約１．４程度となるのに対して、疲労負荷後には、疲労の増大に伴ってＨＦが低下し、ＬＦ／ＨＦの値が上昇する（自律神経機能のバランスが崩れる）。

疲労度合いに見られるような自律神経機能のアンバランスは、脳活動計測にも影響する。具体的には、図７に示すように、脳活動計測では一般に、設定された課題を行わないレスト期間（安静期間）ＰＲと、課題を行うタスク期間（課題期間）ＰＴとが設けられる。脳活動は、レスト期間ＰＲの計測値とタスク期間ＰＴの計測値との差異（相対値）として評価される。そこで、通常、レスト期間ＰＲの計測値が安定してベースラインまで低下するように計測を行うのに対して、被験者の疲労度合いが高い場合には、レスト期間ＰＲに計測値がベースライン近傍まで十分に下がりきらずに、タスク期間ＰＴとの差異が不明瞭になるケースがある。

そのため、脳活動データ２３の解析の際には、自律神経機能のバランスが適正な状態にあるか否かを考慮することにより、脳活動データ２３の変動が自律神経系の影響によるものであるか否かを評価して、自律神経系の影響と評価される成分を脳活動データ２３のノイズとして除去したり、あるいは自律神経系の影響自体を解析したりすることが可能である。

また、脳活動データ２３の計測の実施中には、指標（ＬＦ／ＨＦ）２５の値が脳活動データ２３と共にリアルタイムで表示されるので、指標２５の値が増大しているか否か（自律神経機能のバランスが崩れてきているか否か）を計測中に把握可能である。そのため、脳活動データ２３への自律神経系の悪影響が懸念される場合には、タスク期間ＰＴにおける課題の難易度やレスト期間ＰＲの長さを調整するなどの計測条件の見直しや、必要な場合には休憩を挟むといった措置を講じることにより、より適正な脳活動データ２３の取得が可能となる。

（光計測装置の計測処理）
次に、図９を参照して、光計測装置１００の計測処理について説明する。以下の処理は、光計測装置１００の本体制御部１１が計測制御部１５（計測部１０）などの各部を制御することにより行われる。

計測に先だって、頭部計測用ホルダ４を介して複数の送光プローブ１および受光プローブ２が被験者の頭部関心領域Ｒに対応する計測位置に配置される。また、被験者の手指が脈波計測用ホルダ５の内部に配置されることにより、送光プローブ１および受光プローブ２が脈波計測部位（手指）に配置される。この状態で、計測が実施される。

まず、図９のステップＳ１において、本体制御部１１が計測条件および計測に関する各種パラメータを設定する。計測条件やパラメータは、たとえば操作入力部１７を介した入力操作の受け付けや、主記憶部１２に事前に記録された設定情報の読み出しによって、取得される。これにより、本体制御部１１は、計測に用いる各計測チャンネルの構成（プローブの配置）、点灯サイクルのプロトコルや、サンプリング間隔などの設定を行う。

ステップＳ２において、本体制御部１１が、計測を開始するか否かを判断する。たとえば操作入力部１７を介して計測開始の指示が入力されると、本体制御部１１が計測を開始すると判断して、次のステップに処理を進める。計測を開始しない場合、本体制御部１１はステップＳ２の判断を繰り返し、待機する。

計測を開始する場合、本実施形態では、本体制御部１１が計測部１０を制御することにより、ステップＳ３による脳活動計測と、ステップＳ４における脈波計測とが並行して実施される。すなわち、ステップＳ１において設定された点灯プロトコル（図５参照）に従って計測光が送光プローブ１から順次照射され、それぞれの受光プローブ２により受光されることにより、各頭部計測チャンネル２１と脈波計測チャンネル２２とから計測データが取得される。この際、脳活動データ２３と脈波データ２４とが共通のサンプリング間隔で取得される。

これにより、ステップＳ３において、計測部１０は、各頭部計測チャンネル２１により、頭部関心領域Ｒの脳活動データ２３（１ｃｈ〜４２ｃｈ）を取得する。また、ステップＳ４において、計測部１０は、脈波計測チャンネル２２により、被験者の脈波データ２４（４３ｃｈ）を取得する。得られた脳活動データ２３および脈波データ２４は、主記憶部１２に記録される。

ステップＳ５〜Ｓ７は、脈波データ２４に基づいて自律神経機能のバランスを評価するための指標２５（ＬＦ／ＨＦ）を算出する処理である。上記の通り、指標２５は、加速度脈波２４ａの所定期間Ｄｔ分のデータに基づいて算出するので、厳密には、指標２５の算出は所定期間Ｄｔ分のデータが蓄積された時点から開始される。所定期間Ｄｔ分のデータが蓄積された後は、脈波データ２４の取得に伴って所定期間Ｄｔに対応する時間窓をスライドさせることにより、脈波データ２４が取得される度に指標２５が算出される。

具体的には、ステップＳ５において、本体制御部１１が、取得された脈波データ２４を２回微分することにより、加速度脈波２４ａを算出する。次に、ステップＳ６において、本体制御部１１が、所定期間Ｄｔに含まれる加速度脈波２４ａの周波数解析により、加速度脈波２４ａの低周波成分（ＬＦ）および高周波成分（ＨＦ）を抽出する。そして、ステップＳ７において、本体制御部１１が、低周波成分および高周波成分の比（ＬＦ／ＨＦ）を指標２５として算出する。

次に、ステップＳ８において、本体制御部１１が、得られた脳活動データ２３と指標２５とを表示部１６に表示する。すなわち、図７に示したように、表示部１６の表示画面において、１ｃｈから４２ｃｈの脳活動データ２３と、脈波データ２４の計測結果としての４３ｃｈの指標２５（ＬＦ／ＨＦ）とが、同時に表示される。

ステップＳ９において、本体制御部１１が、計測を終了するか否かを判断する。計測を終了しない場合、本体制御部１１は、処理をステップＳ３およびＳ４に戻し、計測を継続する。本体制御部１１は、操作入力部１７を介して計測終了の指示が入力された場合や、予め設定された計測時間が経過した場合に、計測を終了すると判断する。その場合、本体制御部１１は、ステップＳ１０において所定の計測終了処理を実行した後、計測処理を終了する。

以上により、光計測装置１００の計測処理が実行される。

［本実施形態の効果］
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

本実施形態では、上記のように、複数の送光プローブ１および複数の受光プローブ２のうち一部を利用して構成された脈波計測チャンネル２２により、被験者の脈波を計測する計測部１０を設け、脳活動計測と脈波計測とを並行して行うように計測部１０を構成する。これにより、被験者の自律神経の状態を把握するための脈波計測を、脳活動計測と並行して行うことができる。また、送光プローブ１および受光プローブ２の一部を流用して脈波計測を行うことができるので、専用のハードウェア（計測装置）を別途追加する必要がない。以上により、本実施形態の光計測装置１００によれば、専用のハードウェアを別途追加することなく、被験者の自律神経の状態を把握することができる。

また、本実施形態では、上記のように、脈波計測チャンネル２２から計測された脈波データ２４に基づき、自律神経機能のバランスを評価するための指標２５を算出する本体制御部１１と、頭部計測チャンネル２１から計測された脳活動データ２３と、算出された指標２５とを同一画面上に表示する表示部１６とを設ける。これにより、自律神経機能のバランスを評価するための指標２５により、被験者の自律神経の状態を容易に把握することができる。また、脳活動データ２３と同時に表示部１６の画面上で自律神経の指標２５を把握することができるので、脳活動の計測中に自律神経の影響を評価することができる。その結果、たとえば自律神経機能がアンバランスとなっており脳活動データ２３への影響が大きい場合には、計測条件の調整や、被験者への適切な処置（休息をとるなど）などの各種の対応ができるようになる。これにより、データ解析のみならず、脳活動計測を実施する際の光計測装置１００の利便性を向上させることができる。

また、本実施形態では、上記のように、脈波データ２４に基づき加速度脈波２４ａを算出し、所定期間Ｄｔの加速度脈波２４ａに含まれる低周波成分と高周波成分との比（ＬＦ／ＨＦ）を指標２５として算出するように、本体制御部１１を構成する。これにより、主として交感神経機能を反映する加速度脈波２４ａの低周波成分と、主として副交感神経機能を反映する加速度脈波２４ａの高周波成分との比に基づいて、より容易かつ直接的に、被験者の自律神経の状態を把握することができる。

また、本実施形態では、上記のように、頭部計測チャンネル２１を構成する送光プローブ１からの計測光と同一波長の計測光を、脈波計測チャンネル２２を構成する送光プローブ１から照射するように、計測部１０を構成する。これにより、共通の計測光により、脳活動データ２３と脈波データ２４との両方を取得することができる。すなわち、専用のハードウェア（計測装置）を別途追加する必要がないだけでなく、脈波計測専用の光源を設けることなく、脳活動計測用の光源（光出力部１３）を利用して脳活動データ２３と脈波データ２４との両方を取得することができる。

また、本実施形態では、上記のように、計測部１０を、同一のサンプリング間隔で脳活動データ２３と脈波データ２４とを取得するように構成する。これにより、同一のサンプリング間隔で取得された計測データ（脳活動データ２３および脈波データ２４）に基づいて統一的な解析処理が可能となる。また、専用のハードウェア（計測装置）を別途追加する場合、ハードウェアの仕様上の制限によっては脳活動データ２３と脈波データ２４とを同一のサンプリング間隔で取得することが困難となる場合があるのに対して、本実施形態では、同一の光計測装置１００が脳活動計測と脈波計測とを行うように構成することによって、容易に、脳活動データ２３と脈波データ２４とを同一のサンプリング間隔で取得することができるので、光計測装置１００の利便性を向上させることができる。

また、本実施形態では、上記のように、頭部計測チャンネル２１を構成する送光プローブ１からの計測光の照射タイミングと同じタイミングで、脈波計測チャンネル２２を構成する送光プローブ１から計測光を照射するように、計測部１０を構成する。これにより、頭部計測チャンネル２１の計測に加えて脈波計測チャンネル２２の計測を行う場合にも、計測光の照射サイクルの総サイクル時間（図５の総サイクル数）を長くすることなく、計測を行うことができる。すなわち、脈波計測チャンネル２２は、計測光が別チャンネルに混入することがないので、計測光の照射タイミングを一致させることにより、総サイクル時間が長くなることを抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、頭部計測チャンネル２１を複数構成するとともに、脈波計測チャンネル２２を、一対の送光プローブ１および受光プローブ２により１つ構成する。これにより、送光プローブ１および受光プローブ２を流用して脈波計測チャンネル２２を構成する場合でも、計測可能な頭部計測チャンネル２１の数を必要以上に減少させることがない。その結果、脈波データ２４を取得しつつ、十分な数の脳活動データ２３を取得することができる。

また、本実施形態では、上記のように、送光プローブ１および受光プローブ２を頭部関心領域Ｒに対応する頭部計測位置に保持する頭部計測用ホルダ４と、送光プローブ１および受光プローブ２を被験者の脈波計測位置に保持する脈波計測用ホルダ５とを設ける。そして、送光プローブ１および受光プローブ２を、それぞれ、頭部計測用ホルダ４と脈波計測用ホルダ５とに着脱可能に構成する。これにより、特定の送光プローブ１および受光プローブ２を脈波計測用の専用の端子（プローブ）にすることなく、任意かつ汎用のプローブをそれぞれのホルダに着脱して使用することができる。その結果、脳活動計測の際に送光プローブ１および受光プローブ２を自由に選択できるようになるので、光計測装置１００の利便性をさらに向上させることができる。

［変形例］
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、被験者の手指を脈波計測部位として脈波データ２４を取得する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、被験者の耳朶を脈波計測部位としてもよい。図示しないが、この場合、たとえば耳朶を両側から挟み込むクリップ形状の脈波計測用ホルダを用いることができる。脈波計測用ホルダにおいて、耳朶の一方側に送光プローブ１を保持させ、耳朶の他方側に受光プローブ２を保持させる。これにより、送光プローブ１から照射され耳朶を通過した計測光を受光プローブ２から取得することにより、脈波データを取得することが可能である。

また、上記実施形態では、１４本の送光プローブ１と、１３本の受光プローブ２とにより、４２点の頭部計測チャンネル２１を構成した例（図３参照）を示したが、本発明はこれに限られない。頭部計測チャンネル２１の数や、送光プローブ１および受光プローブ２の配置は任意であり、計測目的に応じて設定すればよい。

また、上記実施形態では、頭部計測チャンネル２１を構成する各送光プローブ１を順次点灯する点灯プロトコル（図５参照）の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、図５に示したパターン以外の点灯プロトコルで各送光プローブ１を点灯させてもよい。

また、上記実施形態では、一対の送光プローブ１および受光プローブ２により１点の脈波計測チャンネル２２を構成した例（図４参照）を示したが、本発明はこれに限られない。脈波計測チャンネル２２を２点以上構成してもよい。ただし、脈波計測チャンネル２２の数を増やすと、その分、頭部計測チャンネル２１に利用できるプローブ数が減少することになる。脳活動計測に際して自律神経機能のバランスを評価するための計測データを取得する目的上は、脈波計測チャンネル２２が１点あれば足りるが、計測目的に応じて設定すればよい。

また、上記実施形態では、脈波データ２４に基づいて指標２５（ＬＦ／ＨＦ）を算出し、脳活動データ２３と指標２５とを表示部１６に同時に表示する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、脳活動データ２３と脈波データ２４とを表示してもよいし、脈波データ２４や指標２５を表示させずに脳活動データ２３のみを表示させてもよい。指標２５を表示させない場合、図９に示した計測動作中に指標２５を算出しなくてもよい。すなわち、脈波データ２４のみを主記憶部１２に記憶させておき、計測終了後、データ解析を行う際に指標２５を算出するようにしてもよい。

なお、図７では、脳活動データ２３と指標２５とを単純に並べた表示態様の例を示したが、本発明はこれに限られない。表示部１６の表示画面での表示態様は、図７に示したものに限られず、任意に変更してよい。

また、上記実施形態では、自律神経機能のバランスを評価するための指標２５として、加速度脈波２４ａに含まれる低周波成分と高周波成分との比（ＬＦ／ＨＦ）を算出する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、自律神経機能のバランスを評価するための指標となるデータであれば、脈波データ２４から得られるＬＦ／ＨＦ以外のデータを算出してもよい。たとえば、疲労度が上昇しても、ＬＦの値はあまり変化せずにＨＦの値が有意に低下するという報告があるため、ＨＦの値を指標として算出してもよい。

また、上記実施形態では、計測部１０が脳活動計測手段および脈波計測手段の両方として機能する構成例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、脳活動計測手段として機能する計測部と、脈波計測手段として機能する計測部とを、光計測装置が個別に備えていてもよい。

１ 送光プローブ（脳計測用送光端子）
２ 受光プローブ（脳計測用受光端子）
４ 頭部計測用ホルダ
５ 脈波計測用ホルダ
１０ 計測部（脳活動計測手段、脈波計測手段）
１１ 本体制御部（演算手段）
１６ 表示部
２１ 頭部計測チャンネル
２２ 脈波計測チャンネル
２３ 脳活動データ
２４ 脈波データ
２４ａ 加速度脈波
２５ 指標
１００ 光計測装置
Ｄｔ 所定期間
Ｒ 頭部関心領域

Claims (7)

1. 被験者の頭部関心領域に計測光を照射可能な複数の脳計測用送光端子と、
   前記頭部関心領域に照射された計測光を受光可能な複数の脳計測用受光端子と、
   前記複数の脳計測用送光端子および前記複数の脳計測用受光端子により構成された頭部計測チャンネルにより、前記頭部関心領域を計測する脳活動計測手段と、
   前記複数の脳計測用送光端子および前記複数の脳計測用受光端子のうち一部を利用して構成された脈波計測チャンネルにより、被験者の脈波を計測する脈波計測手段とを備え、
   前記脈波計測手段による計測が、前記脳活動計測手段による計測の一部と並行して行われるように構成されており、
   前記脳活動計測手段は、前記脳計測用送光端子毎の点灯タイミングが予め設定された順序に基づいて、所定の点灯タイミングで前記頭部計測チャンネルを構成する前記複数の脳計測用送光端子から計測光を照射させるように構成されており、
   前記脈波計測手段は、前記頭部計測チャンネルを構成する前記複数の脳計測用送光端子のうちのいずれか１つと同じ点灯タイミングで、前記脈波計測チャンネルを構成する前記脳計測用送光端子から計測光を照射させるように構成されている、光計測装置。
2. 前記脈波計測チャンネルから計測された脈波データに基づき、自律神経機能のバランスを評価するための指標を算出する演算手段と、
   前記頭部計測チャンネルから計測された脳活動データと、算出された前記指標とを同一画面上に表示する表示部とをさらに備える、請求項１に記載の光計測装置。
3. 前記演算手段は、脈波データに基づき加速度脈波を算出し、所定期間の加速度脈波に含まれる低周波成分と高周波成分との比を、前記指標として算出するように構成されている、請求項２に記載の光計測装置。
4. 前記脈波計測手段は、前記頭部計測チャンネルを構成する前記脳計測用送光端子からの計測光と同一波長の計測光を、前記脈波計測チャンネルを構成する前記脳計測用送光端子から照射するように構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光計測装置。
5. 前記脳活動計測手段と前記脈波計測手段とは、同一のサンプリング間隔で計測データを取得するように構成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光計測装置。
6. 前記頭部計測チャンネルは複数構成されており、
   前記脈波計測チャンネルの数は、一対の前記脳計測用送光端子および前記脳計測用受光端子により１つ構成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光計測装置。
7. 前記脳計測用送光端子および前記脳計測用受光端子を前記頭部関心領域に対応する頭部計測位置に保持する頭部計測用ホルダと、
   前記脳計測用送光端子および前記脳計測用受光端子を被験者の脈波計測位置に保持する脈波計測用ホルダとをさらに備え、
   前記脳計測用送光端子および前記脳計測用受光端子は、それぞれ、前記頭部計測用ホルダと前記脈波計測用ホルダとに着脱可能に構成されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の光計測装置。

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