JPH06120B2

JPH06120B2 - 生体計測装置

Info

Publication number: JPH06120B2
Application number: JP60265445A
Authority: JP
Inventors: 邦男粟津
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1985-11-26
Filing date: 1985-11-26
Publication date: 1994-01-05
Anticipated expiration: 2009-01-05
Also published as: JPS62127034A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は生体計測装置に関し、より特別には可視或は近
赤外レーザ光を用いて生体内の代謝動態を示すパラメー
タを非侵襲的に計測する生体計測装置に関する。

（従来技術）医療分野において、人体または動物体の脳での酸素利用
度が脳機能を評価するために基本的に重要なパラメータ
であることは周知である。例えば、１０数秒間脳内に酸
素がなければ機能障害を起し、また数分間以上酸素がな
い場合には回復不能な障害を引起す。このため上記、パ
ラメータを測定する方法の研究が長年に亘って行われて
きたが、最近、上記パラメータを計測する方法として、
これ迄一般的であつた脳波形を用いる方法や、Ｘｅ１３
３のような放射性ガスを溶かして頚動脈に注入し、脳血
中のガス濃度を外部より計測することによりパラメータ
を間接的に求める方法に代って、可視或は近赤外領域の
レーザ光を頭部に照射して上記パラメータを直接的かつ
非侵襲的に計測する方法が提案されている。例えば、特
開昭６０−７２５４２号に開示された該方法は、第３図
に示すように、被測定物体１を間にはさんで可視或は近
赤外領域の異なる波長のレーザ光源3,3'と光電子増倍管
を含む光検出手段５とを対向させ、レーザ光源3,3'より
被測定物体１内の測定対象に対し異なる吸光度を示す上
記波長の異なるレーザビームをセクターミラー７の回転
により交互に切換入射せしめ、光検出手段５からの各波
長に対応する出力信号をコンピュータ処理することによ
り被測定物体内の測定対象、例えば脳血内の酸素濃度の
２次元分布を映像表示し、酸素濃度の変化を映像表示手
段上にて観察する方法を提案している。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、上記従来の技術では、光検出手段の検出
能力に限度があるため、透過光のパワーが光検出手段の
最小検出可能パワーと同程度の場合は、受光量を増すた
めに測定に非常に長い時間を要し実時間測定ができない
ばかりか、透過光のパワーが最小検出可能パワー以下の
場合は測定不可能となる。

（問題点を解決するための手段）本発明は上記従来の欠点を除去すべくなされたもので、
このため本発明による生体計測装置は、可視或は近赤外
域に波長をもつレーザダイオードより変調のかかったレ
ーザ光を出射する光源部と、該光源部からのビームを平
行光束に形成する集光レンズと、該集光レンズより出た
ビームを２光束に分岐する部分反射鏡と、分岐された一
方のビームの光路上に配置された被検体設置部と、分岐
された他方のビームより前記一方のビームとは若干周波
数の異なる局部発振波を形成する音響光学変調器と、被
検体設置部の被検体を透過した光波と局部発振波とを重
ね合わせる部分反射鏡と、該重ね合わされた光波を受光
しヘテロダイン検波を行う光電子増倍管と、該光電子増
倍管の出力より光電子数を計数するフォトンカウンテイ
ングシステムと、該フォトンカウンティングシステムの
出力より被測定生体部分内の代謝動態を示すパラメータ
を算出するデータ処理装置とを備えたことを特徴とす
る。

（作用）本発明においては、光源部からのビームが直接被測定生
体部分に入射されるのではなく、一旦集光レンズにて平
行光束に形成された後、被測定生体部分に入射される。
それ故、測定スポット全体に均一な入射光パワーを付与
することができ、また測定スポットの大きさがつねに一
定であるから測定部位が変つてもつねに一定した入射光
パワーを与えることができる。該光源部からのビーム
は、データ処理装置で算出すべきパラメータに応じて選
択された波長の異なる複数のレーザダイオードを交互に
切替えて出射される。光源部より出射されたビームは、
部分反射鏡により２光束に分岐され、該分岐された一方
のビームは被検体を透過し、また分岐された他方のビー
ムは音響光学変調器により上記一方のビームとは若干周
波数の異なる局部発振波に形成される。被検体を透過し
た光波は部分反射鏡により局部発振波と重ね合わせら
れ、光電子増倍管によりヘテロダイン検波が行われる。
このようにヘテロダイン検波を行うことにより、光電子
増倍管の最小検出可能パワーを下げて測定感度を上昇さ
せ、これにより測定時間を短縮することができる。一例
によれば、同一の光電子増倍管を用いてヘテロダイン検
波を行わない場合と比べて約２桁程度測定感度を向上さ
せることができ、このため約1/100の時間で同一精度の
測定が可能となる。光電子増倍管からの出力はフォトン
カウンティングシステムによりその出力光電子数がカウ
ントされ、被検体を透過した光量は該透過光量に比例し
たパルス数として精度よく検出することができる。フォ
トカウンティグシステムからパルス数の形で得られた各
レーザダイオードに対応する透過光パワーはデータ処理
装置にて既知の算式に従って演算処理され、求めるべき
パラメータが得られる。

（実施例）以下、本発明の好適な実施例を添附図に沿って説明す
る。

第１図は本発明を脳の代謝機能計測装置として具現化し
たもので、図において、11はレーザダイオード、13は該
レーザダイオードの前に取付けられレーザ光を平行光線
に形成するための集光用レンズ、15は該レーザ光を２光
束に分岐するための部分反射鏡、17は該分岐された一方
のビーム光路上におかれた被検体すなわち頭部、19,21
は反射鏡、23は該分岐された他方のビームより上記一方
のビームとは若干周波数の異なる局部発振波を形成する
ための音響光学変調器、25は被検体17を透過した光波と
局部発振波とを合波するための部分反射鏡、27は該合波
光を受光するよう配置された光電子増倍管、29は熱雑音
を低減させるべく光電子増倍管27を収容する冷却装置、
31は光電子増倍管27の出力光電子数を計数するフォトン
カウンティングシステム、33はレーザダイオード11の駆
動回路、35は該レーザダイオードの駆動出力を検出する
出力モニタ回路、37は該出力モニタ回路により検出され
た駆動出力をA/D変換するA/D変換器、39はインターフェ
イス、41は該インターフェイスを介して取込まれたフォ
トンカウンティングシステム31およびA/D変換器37から
の出力信号より被検体17の代謝機能を示すパラメータで
ある脳血液の酸素飽和度を算出し、該算出結果および各
種データを表示装置43、プリンタ45に出力させかつ磁気
デイスク47に記憶させるようプログラミングされたマイ
クロコンピュータ、49は該マイクロコンピュータ41およ
びレーザダイオード駆動回路33の動作を制御するシステ
ム制御部、51は操作部をそれぞれ示す。なお、被検体17
を間にはさんで対向せしめられた光源部（レーザダイオ
ード11および集光用レンズ13）と受光部（光電子増倍管
27および冷却装置29）および音響光学変調器23、反射鏡
15、19、21、25は専用の測定台53上に固定され、この測
定台53は遮光のため全体をカバー55にて覆われている。
被検体17は計定台53に設けられた開口部（図示せず）を
通して光源〜受光部間に位置決めされる。

このように構成されたものは、操作部51からの起動命令
により、システム制御部49を介してレーザダイオード駆
動回路33が駆動され、レーザダイオード11は変調された
レーザ光を発する。この場合、レーザダイオード11は異
なる２波長（例えば入_１＝760mm、入_２＝800mm）のレー
ザ光を交互に発生するよう対応するレーザダイオードを
切換駆動される。レーザ光は集光用レンズ13により平行
光線とされた状態で部分反射鏡15により２光束に分けら
れ、その一方が被検体である頭部17に入射される。ま
た、分岐された他方のレーザ光は反射鏡19により音響光
学変調器23に指向され、ここで局部発振波が形成され
る。頭部（頭皮、頭蓋骨、脳実質）を透過伝播された検
出光は、反射鏡21により部分反射鏡25に向けられ、ここ
で局部発振波と合波され、該合波光は近赤外光に対して
比較的透過性の高い冷却装置29の石英窓材29aを通過し
て光電子増倍管27の受光面に入る。光電子増倍管27は局
部発振波により増幅された入射光量に比例した数の光電
子を出力し、該光電子数に対応するパルスがフォトンカ
ウンティングシステム31により計数される。一方、前述
のレーザダイオードの駆動出力は出力モニタ回路35で計
測され、A/D変換される。これら検出された光電子数お
よびディジタル化されたレーザダイオードの出力はイン
ターフェイス39を介してマイクロコンピュータ41へ入力
される。マイクロコンピュータ41は異なる２波長のレー
ザ光にそれぞれ対応するフォトンカウンティングシステ
ムの出力、およびレーザダイオードの出力を入力データ
として、専用のアルゴリズムに従つてデータ処理し、脳
の代射機能を示すパラメータである酸素飽和度を求め
る。第２図は、入_１＝760mm、入_２＝800mmの２種のレー
ザ光を用いて脳血液内の酸素飽和度ｘ（％）を求める場
合の処理フローチャートを示す。この例において、レー
ザダイオードの出力Ｐ_０は検出器の出力Ｐ₇₆₀，Ｐ₈₀₀の
基準を定めるもので、最終的には消去される。このよう
にして、求められたパラメータは表示装置43に２次元分
布映像として写し出されるか、またはプリンタ45に出力
される。もし必要ならば上記パラメータを含む各種デー
タは磁気ディスク47に記憶される。

なお、上記実施例はとくに特定２波長のレーザ光を用い
て脳血液内の酸素飽和度を求める場合について述べた
が、本発明装置により測定し得る生体内部の代射機能を
示すパラメータは上記のものに限定されることはなく、
またレーザ光の波長および数も測定すべきパラメータに
より適宜選択することができる。

（発明の効果）以上のように、本発明によれば可視或は近赤外レーザ光
を用いて生体内部の代謝動態を示すパラメータを非侵襲
的に計測するに、レーザ光を２分して一方を生体部分に
透過する信号光となし、他方より局部発振波を形成し、
両光を合波してこれを光電子増倍管によりヘテロダイン
検波を行うようにしたから、光電子増倍管の測定感度を
大巾に上界せしめることができ、このため実時間測定が
できるように測定時間を大巾に短縮しても精度よい測定
が可能である。また、生体部分を透過した光を光電子増
倍管より出力される光電子数を計数することにより検出
するようにしたので、透過光量が微弱であっても正確な
測定をなし得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一例を示すシステム構成図、第２
図はマイクロコンピュータの処理例を示すフローチャー
ト、第３図は従来装置の構成例を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】可視或は近赤外域に波長をもつレーザダイ
オードより変調のかかったレーザ光を出射する光源部
と、該光源部からのビームを平行光束に形成する集光レ
ンズと、該集光レンズより出たビームを２光束に分岐す
る部分反射鏡と、分岐された一方のビームの光路上に配
置された被検体設置部と、分岐された他方のビームより
前記一方のビームとは若干周波数の異なる局部発振波を
形成する音響光学変調器と、被検体設置部の被検体を透
過した光波と局部発振波とを重ね合わせる部分反射鏡
と、該重ね合わされた光波を受光しヘテロダイン検波を
行う光電子増倍管と、該光電子増倍管の出力より光電子
数を計数するフォトンカウンティングシステムと、該フ
ォトンカウンティングシステムの出力より被測定生体部
分内の代謝動態を示すパラメータを算出するデータ処理
装置とを備えてなる生体計測装置。
【請求項２】前記光源部が異なる２波長の光ビームを交
互に放射可能であり、前記フォトンカウンティングシス
テムが該異なる２波長の光ビームに対応する光電子数を
別個に計数可能である特許請求の範囲第１項記載の生体
計測装置。
【請求項３】前記代謝動態を示すパラメータが脳血液の
局部的酸素飽和度の変化である特許請求の範囲第２項記
載の生体計測装置。