JPH05261111A - 生体光計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 生体の機能計測を光を用いて行う生体光計測
装置において、生体への光照射及び生体からの光検出を
高い効率でかつ正確に行い、さらに生体の測定部位外部
形状および複数の光測定点の相対位置のデータを自動的
に得る。 【構成】 光ファイバ生体装着部６は、被検体５の表面
に多数の光ファイバ４−１〜４−ｎの先端を一定圧力で
押圧して保持する光ファイバ送り機構を備える。多入力
・多出力光スイッチ３にてその内の１本が照射光導入用
の光ファイバ２に結合され、残りの内複数本が検出光導
出用光ファイバ７−１〜７−ｍに結合される。さらに個
々の光ファイバ送りの移動距離が光ファイバ生体装着部
６で検出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は生体内部の情報を光を用
いて計測する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】可視から近赤外の光を用いて生体機能に
関する計測を行い画像化する生体光計測装置、いわゆる
光ＣＴ装置が例えば特開昭５７−１１５２３２号もしく
は特開昭６０−７２５４２号に記載されている。この可
視から近赤外の波長領域の光は生体透過性が比較的良
い。さらに、これらの光を用いることにより生体機能を
反映する生体ない酸素分圧値を血液中のヘモグロビンも
しくは細胞内のチトクロームａａ₃もしくは筋肉中ミオ
グロミンなどによる光吸収量から求めることが可能にな
る。

【０００３】ところがこのような生体光計測装置では、
数ｃｍから十数ｃｍの生体を通過して著しく強度が低下
した光を検出する必要がある。そこで、測定のＳ／Ｎ比
を向上させるために、いかにして効率良く光を生体に照
射し、いかにして生体を透過した光を効率良く検出する
かが重要な問題となる。特開昭６４−４６４３９号に記
載されている装置は、生体の複数部位時からの透過光
を、生体に接触もしくは生体近傍に配置した光ファイバ
によって効率良く検出しようとするものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】生体機能の画像化を目
的とする生体光計測装置では、生体のあらゆる方向から
光を入社し、それぞれの光入社位置にたいして複数の部
位から生体を通過した光を検出しなければならない。そ
こで、光ファイバを生体に接触させてこのような計測を
行うためには、生体の複数部位に対応する数十本の光フ
ァイバを生体に接触させる必要がある。このとき光ファ
イバのすべてが、被検者に痛みを感じさせるほど強くな
く、かつ光学的マッチングが取れる程度に十分に生体に
接触している必要がある。光ファイバの一部が生体から
離れた状態であれば、単にその検出位置での検出効率が
悪化するばかりでなく、得られる画像全体に大きな影響
を与え、生体機能の測定が困難となる。例えば頭部計測
などに部位を限定したとしても、生体の形状には個人差
があるので、上述の光ファイバの良好な接触状態を得る
ための調整作業は計測ごとに、つまり被検者、あるいは
計測部位が代わるごとに必要となる。

【０００５】また、生体機能の画像化を目的とする生体
光計測装置では、測定部位の外部形状及び複数の光ファ
イバの先端の相対距離を知る必要がある。なぜなら、各
々の光入射位置に対する複数の光検出位置の全ての相対
距離が画像再生時に重要な因子となるからである。

【０００６】そこで本発明は、計測ごとに、あるいは被
検者が代わるごとに生じる光ファイバと生体の良好な接
触状態を得る調整作業の時間や手間を軽減し、併せて生
体の計測部位の外部形状、及び光ファイバの先端の接触
位置の相対距離を自動計測できる機構を備えた生体光計
測装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の生体光計測装置
は、複数の光伝達手段（光ファイバ）をそれぞれ基準位
置から生体に向けて送り出す移動機構と、光伝達手段の
押圧が所定値に達したことを検出する圧力検出手段と、
圧力検出手段の出力により前記移動機構の送り出し動作
を停止させる制御手段とを前記複数の光伝達手段の各々
に対して備えた光伝達手段装着部を有することを特徴と
する。さらに上記移動機構による個々の光伝達手段の基
準位置からの移動距離を検出する手段を備える。

【０００８】

【作用】上記構成によれば、被検者の計測部位の形状の
個人差にかかわらず、全ての光ファイバが被検者に一定
の圧力で押圧された状態で光ファイバが保持されるので
良好な接触状態を自動的に得ることができる。さらに各
光ファイバの基準位置及び移動方向は既知であるから、
移動距離の検出により押圧、保持された複数の光ファイ
バの先端位置がそれぞれ算出でき、その配置から計測部
位の外部形状も知ることができる。

【０００９】

【実施例】図１にに本発明の一実施例の生体光計測装置
の全体構成を示す。光源部１は波長５００ｎｍから１５
００ｎｍの間の複数の波長の光パルスを順次放射する。
この光は光ファイバ２によって、多入力・多出力光スイ
ッチ３に導入さる。光ファイバ生体装着部６は被検体５
を周囲からおおうリング状、もしくはドーム状の形状を
有し、被検体５の特定部位、例えば頭部の一平面の周囲
の複数位置にそれぞれ光ファイバ４−１〜４−ｎの先端
を接触させて、これらを保持する。光ファイバ４−１〜
４−ｎの多端は多入力・多出力光スイッチ３に導かれ、
多入力・多出力光スイッチ３はそのうち１本、例えば光
ファイバ４−１を光ファイバ２と光学的に接続する。残
りの光ファイバの一部もしくは全部は多入力・多出力光
スイッチ３にて光ファイバ７−１〜７−ｍと１対１に光
学的に接続される。これにより、被検体５の特定部位の
周囲の１点に光パルスが照射され、透過光はこの特定部
位の周囲の複数の点で捕捉されてそれぞれマルチチャン
ネル光検出部８に導入される。マルチチャンネル光検出
部８では入射光パルスによる各位置の透過光強度をそれ
ぞれ計測し、それらの値は記憶部９で記憶される。この
計測が終了すると、コンピュータ１０によって光源部１
を制御し、測定波長、つまり放射する光パルスの波長を
変えて同様な計測を行う。さらに全ての波長による計測
が終了すると、コンピュータ１０によってから多入力・
多出力光スイッチ３を制御し、照射光を導く光ファイバ
２と接続する光ファイバを変え、つまり被検体５の照射
位置を変えて測定を繰り返す。このようにして記憶部９
に順次蓄積される各波長での測定データを用いて、コン
ピュータ１０は所定の演算処理、画像処理を行い、生体
機能に関する画像を得て表示部１１に表示する。

【００１０】図２は本実施例の主要部である光ファイバ
生体装着部６の光ファイバ送り機構を詳細に示す。

【００１１】光ファイバ生体装着部６の被検体側の壁面
から先端が突き出される光ファイバの各々（ただし、図
２にはそのうち一本のみを４−１で示す）にはスリーブ
部材２４−１が固定される。スリーブ部材２４−１とリ
ング状部材２５−１とはコイルバネ２６−１により連結
しており、もって光ファイバ４−１はリング状部材２５
−１により間接的に保持されている。リング状部材２５
−１にはロッド２３−１が取り付けられ、さらにこれら
は光ファイバ生体装着部６の本体に対しスライド可能に
保持されている。ロッド２３−１には低速モータ２１−
１に取り付けられた小歯車２２−１と嵌合するピニオン
ギアが設けられ、もって低速モータ２１−１の回転によ
りリング状部材２５−１の位置を設定できる。さらに、
リング状部材２５−１には接触パッド２４２が設けら
れ、スリーブ部材２４−１の後方突起部とスイッチ接点
を形成する。両者が接触するとリレー２９−１が作動す
る。

【００１２】この光ファイバ送り機構の動作は以下の通
りである。被検体へのファイバの装着前は、ロッド２３
−１はその後方先端がストッパ３０−１に接触する位置
に保持されている。この状態が基準位置である。被検体
を光ファイバ生体装着部６の内部に固定した後、ファイ
バ装着開始指令により低速モータ２１−１を起動し、リ
ング状部材２５−１を移動させてファイバ４−１を前方
に繰り出す。ファイバ４−１の先端が被検体に当たると
それ以後はコイルバネ２６−１が圧縮される。スリーブ
部材２４−１の突起とリング状部材２５−１の接触パッ
ド２４２とが接触したときリレー２９−１が動作して低
速モータ２１−１の回転を自動的に停止する。これによ
り、ファイバ４−１は被検体の表面の位置にかかわら
ず、コイルバネ２６−１のバネ定数とスイッチ接点間の
距離で定まる一定の圧力で被検体の表面に押しつけられ
た状態となる。したがって、光ファイバの生体への接触
圧力を調整するにはコイルバネのバネ定数を変化させ
る、もしくは、スリーブ部材２４−１の突起を繰り出し
可能な構造としてスイッチ接点間の距離を調整するなど
の方法を取ることができる。

【００１３】実施例では光ファイバの送り距離を計測す
るため、ロッド２３−１のピニオンギア部分をはさんで
コリメータレンズ３２−１が装着された光ファイバ移動
距離測定用光源３１−１と光ファイバ移動距離測定用検
出器３３−１が配置されている。ロッド２３−１が低速
モータにより前方に送り出される際に、ピニオンギアの
凸部が３２−１と３３−１の光軸を横切る回数がシグナ
ルカウンタ３４−１でカウントされ、その最終カウント
値から光ファイバ４−１の送り距離が算出できる。移動
距離の測定精度の点からはロッド２３−１のピニオンギ
アのピッチをできるだけ細かく、例えば０．１ｍｍ程度
にするのが望ましい。この他にも光ファイバ送り距離を
計測する構成としては、光ファイバ４−１にコード板を
取付け、光ファイバの送り位置をそのものコード板から
読み取るデコーダ構成にする等、様々な変形が可能であ
る。

【００１４】以上に述べた光ファイバ送り制御のための
機構および送り距離測定手段は、光ファイバ生体装着部
６のｎ本の光ファイバの各々に設けられ、ファイバごと
に送り距離が制御され、その距離が計測される。図３は
送り制御のための電気回路系を示す。個々の光ファイバ
の送り用の低速モータ２１−１〜２１−ｎに対してモー
タの内部抵抗とほぼ等しい抵抗を示す抵抗器２８−１〜
２８−ｎが設けられ、リレー２９−１〜２９−ｎはそれ
ぞれモータと抵抗器のいずれに給電するかの切換えを行
う。２７はモータ用の電源である。図２で述べたスイッ
チ接点が接触するとただちに対応するリレーが動作し、
電流をモータから抵抗器に切り換える。全てのリレーで
の切換えが終了したとき、測定準備完了の信号を出力す
る。図１のコンピュータ１０は、測定準備完了の信号を
受けると各光ファイバの送り距離の検出値を取り込む。
これにより、ｎ本の光ファイバの先端位置の情報が得ら
れるので、コンピュータ１０では生体の計測断面の外形
形状、及び計測点（光照射点）の配列位置を算出するこ
とができる。

【００１５】図４は別の実施例の主要部を示す。複数の
被検者の測定結果を比較する場合、生体に特徴的なある
部分、たとえば頭部の計測を行う際には額中央をすべて
の被検者の測定部位の基準点とする。この基準点の計測
を行うために、あらかじめ被検者の測定基準点に、被検
者内部の光透過の測定に用いる波長の光に対しては蛍光
性がなく、基準点測定用光源の波長の光を受けて蛍光を
発する物質をシール状とした測定マーカ４０を貼付る。
そして、光ファイバ生体装着部６の固定点から基準点測
定用の光を生体５に照射する。実施例では基準点測定用
光源４１からの光を光ファイバ４２で導入し、コリメー
タレンズ４３により平行光として生体５に照射する。こ
の照射手段の近傍に、基準点測定用光源４１の発光波長
をカットし、測定マーカ４０の蛍光波長を透過するフィ
ルタ４４と光検出器４５が設置される。基準点測定用光
源４１からの照射光が測定マーカ４０を捉えていれば蛍
光が光検出器４５で検出され、それ以外のときは光検出
器４５で検出出力が得られない。したがって光検出器４
５の出力により光ファイバ生体装着部６が正常にセッテ
ィングされたか否かが検出できる。具体的には、光ファ
イバ生体装着部６の支持部４６は上下、左右、及び回転
の自由度があり、正常なセッティングが検出されるまで
移動調整を行う。光検出器４５で検出出力が得られた状
態でその自由度をロックするとともに、固定器５０で被
検体５を押さえ、被検体５と光ファイバ生体装着部６の
相対位置も固定する。

【００１６】以上のような正常なセッティングを行った
後に、図２、図３で述べた光ファイバの自動送り、及び
その距離の検出を行って、生体機能の光による測定の準
備が完了する。

【００１７】

【発明の効果】本発明によれば、多数の光ファイバを生
体への光照射、及び生体から透過光出力の検出に用いる
生体光計測装置にて、各光ファイバと生体との接触を十
分に、かつ自動的に行うことができるので、透過光の測
定効率を向上させ、かつ正確な測定を行うことができ
る。さらに、光ファイバの送り距離の測定により測定部
位の外部形状、及び測定点の相対位置を得ることができ
るので、操作者の手間をわずらわすことなく像の再生の
為に必要な基本データを揃えることができ、生体光計測
装置のスループット向上に利するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による生体光計測装置の一実施例を示す
ブロック図。

【図２】実施例の主要部の平面図。

【図３】実施例の駆動回路系の回路図。

【図４】他の実施例の主要部の概略構成図。

【符号の説明】

１：光源部 ２，４−１〜４−ｎ，７−１〜７−ｍ，４２：光ファイ
バ ３：多入力・多出力光スイッチ ５：被検体 ６：光ファイバ生体装着部 ８：マルチチャンネル光検出部 ９：データ記憶部 １０：コンピュータ １１：表示部 ２１−１〜２０−ｎ：低速モータ ２２−１：小歯車 ２３−１：ロッド ２４−１：スリーブ部材 ２５−１：リング部材 ２６−１：コイルバネ ２７：電源 ２８−１〜２８−ｎ：抵抗器 ２９−１〜２９−ｎ：リレー ３０−１：ストッパー ３１−１：光ファイバ移動距離測定用光源 ３２−１，４３：コリメータレンズ ３３−１：光ファイバ移動距離測定用検出器 ３４−１：シグナルカウンタ ４０：測定マーカー ４１：基準点測定用光源 ４４：フィルター ４５：基準点測定用検出器 ４６：支持部 ５０：固定器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 篠原 幸人 神奈川県伊勢原市下粕屋143番地 学校法 人東海大学医学部内 (72)発明者 高木 繁治 神奈川県伊勢原市下粕屋143番地 学校法 人東海大学医学部内 (72)発明者 篠原 伸顕 神奈川県伊勢原市下粕屋143番地 学校法 人東海大学医学部内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】可視から近赤外の波長領域の中から少なく
   も一つの波長の照射光を生体に照射し、前記生体を通過
   した光を複数の測定点で検出する生体光計測装置におい
   て、前記生体の表面の複数の点に先端がそれぞれ接触す
   るように複数の光伝達手段を保持する光伝達手段装着部
   と、照射光光源からの光を前記複数の光伝達手段の選択
   された一つに結合し、前記複数の光伝達手段の残りの一
   部もしくは全部から導かれる検出光をそれぞれマルチチ
   ャンネル光検出器に結合する多入力・多出力光スイッチ
   とを備え、かつ前記光伝達手段装着部には、前記複数の
   光伝達手段をそれぞれ基準位置から前記生体に向けて送
   り出す移動機構と、光伝達手段の押圧が所定値に達した
   ことを検出する圧力検出手段と、前記圧力検出手段の出
   力により前記移動機構の送り出し動作を停止させる制御
   手段とを前記複数の光伝達手段の各々に対して備えるこ
   とを特徴とする生体光計測装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の生体光計測装置において、
   前記光伝達手段装着部はさらに各々の光伝達手段の前記
   基準位置からの移動距離を計測する移動距離計測手段を
   備えることを特徴とする生体光計測装置。
3. 【請求項３】請求項１記載の生体光計測装置において、
   前記光伝達手段装着部はさらにその固定位置から基準点
   検出用のコリメートされた光線を発する手段と、前記光
   線が前記生体の特定位置に被着された測定マーカーを照
   射したとき生じる蛍光を他の波長の光と区別して検出す
   る基準点検出用の光検出手段を備えることを特徴とする
   生体光計測装置。
4. 【請求項４】請求項１記載の生体光計測装置において、
   前記光伝達手段は光ファイバであることを特徴とする生
   体光計測装置。