JPWO2010122703A1 - 生体光計測装置 - Google Patents
生体光計測装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2010122703A1 JPWO2010122703A1 JP2011510157A JP2011510157A JPWO2010122703A1 JP WO2010122703 A1 JPWO2010122703 A1 JP WO2010122703A1 JP 2011510157 A JP2011510157 A JP 2011510157A JP 2011510157 A JP2011510157 A JP 2011510157A JP WO2010122703 A1 JPWO2010122703 A1 JP WO2010122703A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- code
- composite carrier
- carrier code
- biological
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
- A61B5/1455—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters
- A61B5/14551—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters for measuring blood gases
- A61B5/14553—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters for measuring blood gases specially adapted for cerebral tissue
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
- A61B5/6801—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
- A61B5/6813—Specially adapted to be attached to a specific body part
- A61B5/6814—Head
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
- G01N21/49—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
- G01N2201/08—Optical fibres; light guides
- G01N2201/0826—Fibre array at source, distributing
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
- G01N2201/08—Optical fibres; light guides
- G01N2201/0833—Fibre array at detector, resolving
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
- G01N2201/08—Optical fibres; light guides
- G01N2201/0846—Fibre interface with sample, e.g. for spatial resolution
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Pathology (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Surgery (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Public Health (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Neurology (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
Abstract
本発明の課題は、帯域制限や歪がある系でも、クロストークの少ない符号およびそれを用いた生体光計測装置を提供することにある。本発明の特徴は、周期の異なる複数のアダマール符号を用いてそれぞれの符号のチップを順次配置することにより、生体光計測に適した新しい符号を得る。すなわち、符号間クロストークの少ない符号を得、これを用いて信号を多重化、分離することにある。
Description
本発明は、生体光計測装置に係り、特に、計測に適した符号の生成およびそれを用いた生体光計測に関する。
通信、計測などの分野で信号を多重化するために符号多重化方式(CDM)が用いられている。これは、互いに直交する擬似雑音信号を用いて変調、つまりスペクトラム拡散された信号を、検出後に逆拡散することにより信号分離する方式である。例えば、非特許文献1には、 CDM方式を用いてセンサー信号を多重化、分離することが述べられている。
特許文献1には、複数の光ビームを互いに直交する擬似雑音信号で変調し、検出器側で復調することにより、クロストークを抑える生体組織測定装置が開示されている。
またCDM方式を生体情報測定装置に応用した例として特許文献2では、擬似雑音信号を用いて生体に照射する2波長の光を検出器側で分離する生体情報測定装置について述べられている。ここでは、可視から近赤外の複数の光を生体に照射し、生体を通過した光を検出して、ヘモグロビンなどの体内物質の濃度変化や脳血液量変化を計測して脳活動分布を表示する装置について記されている。この装置では、光源と検出器を格子状に交互に配置し、一つの検出器を用いて異なる位置から照射された光を分離するため、さらに異なる波長の光を用いて分光学的にヘモグロビン濃度を計測するにあたり、波長の異なる光を電気的に分離するためにCDM方式が使われている。
IEEE JOURNAL ON SELECTED AREAS IN COMMUNICATIONS、 VOL. 17、NO. 4、 APRIL 1999(アイイーイーイー ジャーナル オブ セレクティッド アリアズ イン コミュニケーションズ 第17巻4号 1999年4月)
デジタル信号を送受信する通信分野での応用に比べ、アナログ信号の分離にCDM方式を用いた場合、特に計測分野では信号間のクロストークが問題となる場合がある。
CDM方式では、アダマール符号などを用いれば、原理的にはクロストークはゼロにすることができる。しかし、実際には帯域制限や、回路の歪などによりクロストークが発生してしまうというCDM特有の問題があった。
この問題は、光通信のようにデジタル信号、つまり符号情報を送受信する系であれば、閾値を適切に設定することによりその影響は排除できるか、或いは極めて少なくできるため大きく問題にはならない。
しかし、アナログ信号の信号振幅を情報として使う計測の場合、クロストークは計測精度を低下させる大きな要因となる。特に頭部を計測する生体光計測装置に適用するような場合には、検出信号が小さい上、毛髪等の影響で光源ごとに検出光量が大きく異なる場合があり、信号間のクロストークが問題となる。つまり、毛髪がない部位から照射された光と、毛髪がある部位から照射された光を同じ検出器で受けた場合、前者の受光量は後者に比べて数倍から数十倍大きくなる。この時、後者の信号を精度よく計測するためには、信号間のクロストークを十分に小さくする必要がある。
本発明の目的は、信号間クロストークを小さくするための符号およびそれを用いた生体光計測装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明の生体光計測装置は、少なくとも、生体に光を照射する光源を夫々有する複数の光照射部と、当該生体において反射ないし透過した光を受光する複数の検出器と、前記光照射部と前記検出器を少なくとも制御する制御手段と、前記光源毎に異なる変調用合成搬送符号を予め記憶する変調用合成搬送符号記憶部と、前記検出器の夫々が受光すべき前記光源からの光に対応する、前記検出器毎に異なる復調用合成搬送符号を記憶する復調用合成搬送符号記憶部とを有する。
本発明によれば、信号間クロストークを小さくするための符号およびそれを用いた生体光計測装置を提供することが可能となる。
携帯電話、無線LAN等の様々な無線通信機器において、その通信方式としてCDM方式が採用されている。
そのCDMA変調用として用いられる符号には、アダマール符号(ウォールッシュアダマール符号)と呼ばれる信号がある。
この符号の特徴として、(1)アダマール符号である他の系列符号を、符号レベルでは完全に除去できるという優れた相関性、(2)符号を形成する「1」と「0」の個数が等しく、信号のデューティ比が50%となることがあげられる。上記(1)の特性から原理的にはクロストークがゼロであること、上記(2)の特性から信号の平均パワーが符号によって変わらずSN比が変わらないため、アダマール符号は計測に用いる符号として適している。
そのCDMA変調用として用いられる符号には、アダマール符号(ウォールッシュアダマール符号)と呼ばれる信号がある。
この符号の特徴として、(1)アダマール符号である他の系列符号を、符号レベルでは完全に除去できるという優れた相関性、(2)符号を形成する「1」と「0」の個数が等しく、信号のデューティ比が50%となることがあげられる。上記(1)の特性から原理的にはクロストークがゼロであること、上記(2)の特性から信号の平均パワーが符号によって変わらずSN比が変わらないため、アダマール符号は計測に用いる符号として適している。
そのため、以下、本発明の実施例の説明では、アダマール符号を例に挙げて記述する。
図1に、本発明の一実施例になる、符号長128ビットのアダマール符号を用いた場合の、符号間のクロストークの計測例を示す。図の横軸は符号番号(Code Number)、縦軸はクロストーク抑圧比(XTalk suppress (dB))を表す。例えば周期64ビットの符号は同じ符号を2個連結し、また周期32ビットの符号は同じ符号を4個連結するというように、全ての符号を繰り返して連結することにより、符号長を128ビットとしている。アダマール符号は、一般に良く知られているアダマール行列を用いた生成方法で作成する。
ここでは、符号番号15番と31番の符号を用いて光強度を変調し、頭部と同等の減衰率を有する光減衰体を通して受光した信号を、1から128番までの符号を用いて復調したときの検出信号振幅と、自分自身の符号を用いて復調したときの検出信号振幅の比の対数をクロストーク抑圧比としている。つまり、クロストークが小さいほど、クロストーク抑圧比は大きくなる。
尚、アダマール符号は、チップレートの4倍の周波数の搬送波に乗せて伝送している。15番と31番の符号の周期はそれぞれ16と32である。周期が同じ符号間では、周期が異なる符号間に比べてクロストーク抑圧比が小さくなっていることがわかる。この原因は以下のとおりである。
アダマール符号は、本来、符号レベルではクロストークは完全にゼロになるため、クロストーク抑圧比は自分の符号に対してはゼロで、他の符号に対しては無限大になるはずである。しかし、実際の回路では帯域制限があるためにクロストークが発生する。
図2の(a)に示す符号は、実際の回路では帯域制限がるために、図2の(b)に示すように個々のチップの信号電圧が時間的に後ろに裾を引く。例えば図2の点線で示す時間における本来の符号は0であるが、前の符号1の影響で0にはならない(図2では例として0.02になったものを示している)。
これは、自身の符号の位相がずれた信号が妨害信号として重畳されることと等価である。アダマール符号を搬送波に乗せた場合には、位相をずらすと同符号長の別の符号となるため直交性がなくなり、符号長が同じ符号間でクロストークが発生することになる。クロストークは符号間距離が近い場合に極めて大きくなり、同一符号長の符号間ではクロストーク抑圧比が低下する。
通信のようにデジタル信号を扱う場合には、検出すべき情報は符号情報であるため、適切な閾値を設けることによりクロストークの影響を無くすことができる。しかし、本明細書のようにアナログ計測に用いる場合には、信号振幅を検出する必要があるため、クロストークは検出値そのものの誤差となる。
これを回避するためにはチップ間に時間的インターバルを十分に設けて、前のチップの影響がないようにすればよいが、その場合には受光平均パワーが落ちるためSN比が低下してしまう。
そこで、符号長の異なる符号を組み合わせた符号を用いることによりクロストーク抑圧比とSN比の両方の特性を向上することができる。例えば、前のチップがすぐ後ろのチップには影響するが、2つ後ろのチップへの影響が無視できる場合には、異なる符号長を有する2種類の符号のチップを交互に配置する。これにより、クロストークが大きくなる同符号長の信号間は、2チップ分離れているのでクロストークは無視でき、かつ、一つ後ろのチップは符号長が異なるため高い直交性が維持されているのでクロストークが大きくなることはない。回路の応答時定数が低いために、2チップ以上はなれたチップにも影響が及ぶ場合には、同様に、符号長の異なる3種類以上の符号を組み合わせることにより、クロストークを低減できる。
尚、直交した符号を用いて合成した符号は互いに直交することは数学上保証されている。計測用途で信号の多重化や分離にCDM方式を用いる場合には、通信用途とは異なり、送信と受信の順番やタイミング、組み合わせなどが全てあらかじめ設定しておくことができる。
そのため、変調符号も復調符号もあらかじめ作成して保存しておき、必要に応じて使用することができる。例えば、チャネル分離として本発明を用いる場合には、あらかじめチャネル毎に合成符号を作成して割り当てておけばよい。更には、搬送波信号に重畳した場合の符号(変調用合成搬送符号)をあらかじめ作成し保存しておいてもよい。
受信側では、復調用信号として同じ符号を用いて、必要に応じて遅延をかけて受信信号に掛け合わせることにより復調すればよい。通信などでは、受信信号の位相が予測できないので、復調用信号と受信信号の位相同期を行う必要があるが、ここで述べるような計測用途では、復調用信号と受信信号の位相差もあらかじめ設計ならびに計測しておくことができ、最適な遅延時間はあらかじめ設定できる。そのため、前記、変調用合成搬送符号にこの遅延時間を与えて復調用合成搬送波信号として用いる。遅延は、通常良く知られた遅延回路を用いることができる。さらには、変調用合成搬送符号と復調用合成搬送符号は、1ビットを時間的に細分化しておき、適切な時間遅延つまり位相差を持たせて保存しておき、これらを同じタイミングで送信と受信に用いることにより、遅延回路を用いることなく簡便に復調を行うことができる。
上記のクロストークの原因となるチップの時間的な裾引きは、受信系に帯域制限があり生じることが多いが、送信系、つまりレーザの駆動回路で生じる場合もある。たとえ、どちらの場合であっても、また両方にあっても、本発明によりクロストークを減少することができる。
以下は、符号により光を強度変調する場合について記述するが、位相変調、周波数ホッピング変調をしてもよい。また、直交周波数分割多重方式などの通信で用いられる方式を用いることもできる。また、ここではアダマール符号を例として挙げたが、位相ずれに対して直交性が低下する符号について同様に適用することができる。例えば、符号間距離が近いゴールド符号やM系列符号などを用いる場合に符号間距離の遠い符号と合成した符号を作成すればよい。
次に、本発明の第一の実施例になる生体光計測装置について、具体的な構成を説明する。まず、図3を用いて本発明の第一の実施例における合成符号パターンの例を説明する。図3は、周期Aの符号のチップをaとし、周期Bの符号のチップをb、周期Cの符号のチップをcとし、周期が同じで異なる符号を添字のn、k等で表している。
括弧内の番号はチップの番号を表す。これらを交互に配置して作成した新しい3個の合成符号が、図3の(a)から(c)である。これらの合成符号の符号長は2Nとなる。
括弧内の番号はチップの番号を表す。これらを交互に配置して作成した新しい3個の合成符号が、図3の(a)から(c)である。これらの合成符号の符号長は2Nとなる。
周期は2のべき乗で表されるため、それぞれの符号は、自分自身を繰り返して連ねることにより、最大周期の整数倍の符号長とすることができる。
図3の(d)はaの周期がN/2、cの周期がNである場合について、前半と後半で、周期は同じであるが異なる符合anとakを用いた例である。符号cと交互に配置すべき符号anとakを交互に用いて順次配置した例を図3(e)に示す。
更に、図3の(f)は、周期の異なる3個の符号を用いて合成した合成符号である。ここでは、図3の(a)の合成方法を用いているが、図3の(d)や(f)の合成方法を用いて3個の符号を合成してもよい。
更に、図3の(f)は、周期の異なる3個の符号を用いて合成した合成符号である。ここでは、図3の(a)の合成方法を用いているが、図3の(d)や(f)の合成方法を用いて3個の符号を合成してもよい。
次に、これを用いて、具体的に実際のアダマール符号を生成する例について説明する。図4の(a)、(b)はそれぞれ符号番号42の符号と符号番号96の符号であり、これらのチップを交互に組み合わせた合成符号を図4(c)に示す。図4の(a)の周期は64であり(b)の周期は128である。
図5の(a)は図4(c)の合成符号に対応する変調波形を示し、図5の(b)はその4倍のビットレートを有する搬送波である。図5の(a)を(b)に重畳するためには、波形(a)、(b)の排他的論理和をとる。こうして得られた変調用合成搬送符号が図5の(c)である。
次に、上述の図5の符号を生体光計測装置に応用した例を、図6から7を用いて説明する。まず、図6は、生体光計測装置の光照射部である送信側の光源と駆動回路(光照射部101、102)の模式図である。
図5(c)に示す変調用合成搬送符号c1は、光照射部101の変調用合成搬送符号記憶部111にあらかじめ保存されており、この符号が、DA変換器113を用いてアナログ信号に変換された後、レーザ駆動回路114に入力され、光源である半導体レーザ115が駆動されその出力が変調用合成搬送符号c1により強度変調される。
同様に、光照射部102の変調用合成搬送符号記憶部121に保存された別の変調用合成搬送符号c2が、DA変換器123を用いてアナログ信号に変換された後、レーザ駆動回路124に入力され、別の光源である半導体レーザ125を駆動する。変調用合成搬送符号c2は、符号番号43の符号と符号番号97を用いて、同様に作成したものである。
2つの半導体レーザ115と125の波長が異なっており、2つの出力光を送信側光ファイバ100で合波して被検体である生体に導き、照射する。ここで、波長は生体を透過しやすい680nm〜850nm程度の波長を想定しているが、必ずしもこの範囲である必要は無い。
図7は、生体光計測装置の受光部である受信側の回路の模式図である。生体を透過した2つの波長の光は、受信側光ファイバ600により光検出器601に導かれ光電変換後、前置増幅器602により増幅されAD変換器603によりデジタル化される。
その後、このデジタル化されたデータは、復調用合成搬送符号記憶部612にあらかじめ保存された復調用合成搬送符号c’1と乗算器610により乗算され、積算器611によりあらかじめ決められたチップ数分(合成符号長の最大値の整数倍)の積算がなされる。なお、復調用合成搬送符号記憶部612と乗算器610及び積算器611は、受光部内に格納しても良いし、後述する制御部701内に組み込まれていても良い。
こうして得られた積算器611の出力613の信号は、光源115より発光され検出器601により検出された光強度に比例する。
ここで、復調用合成搬送符号c’1は、対応する変調用合成搬送符号c1の0を-1に置き換えたものである。
ここで、復調用合成搬送符号c’1は、対応する変調用合成搬送符号c1の0を-1に置き換えたものである。
同様に、AD変換器603によりデジタル化されたデータは、復調用合成搬送符号記憶部622にあらかじめ保存された復調用合成搬送符号c’2と乗算器620により乗算され、積算器621によりあらかじめ決められたチップ数分(合成符号長の最大値の整数倍)の積算がなされる。積算器621の出力623の信号は、変調用合成搬送符号c2に対応する復調用合成搬送符号c’2を用いて光源125より発光され検出器601により検出された受光強度に比例する。
図8に、生体光計測システムの全体の概念図を示す。光照射部101、102内の各光源115、125には、それぞれ変調用合成搬送符号c1、c2があらかじめ割り当てられており、その光源からの光を受信すべき光検出器601にも対応した復調用合成搬送符号c’1、c’2が割り当てられており、それぞれ変調用合成搬送符号記憶部111、121、および復調用合成搬送符号記憶部612、622に記憶されている。(DA変換器113、123は図示略)。
図6に示した送信側回路と図7に示した受信側回路は、制御部701により制御される。具体的には、変調用合成搬送符号記憶部111、121に保存された符号c1、c2を用いて半導体レーザ115、125を駆動するとともに、復調用合成搬送符号記憶部612、622に保存された復調用合成搬送符号c’1、c’2を用いてデジタル化されたデータを復調し、積算後、表示部702にデータ表示を行うか、データ記憶部703にデータを保存する。また、データ表示及びデータ保存の両方を実行するようにしても良い。
尚、変調信号と復調信号の位相差は用いている回路で決まるので、c1とc’1としてはあらかじめ位相差を設けた符号を保存しておくことができる。
これについて、簡単な例を挙げて説明する。DA変換器113とAD変換器603のクロックレートを符号のチップレートの定数倍にしておき、そのクロックレートで変調用合成搬送波符号や復調用合成搬送符号をリサンプリングし、位相差をつけたものを、変調用合成搬送符号記憶部111や復調用合成搬送符号記憶部612にあらかじめ保存しておく。変調用合成搬送波符号や復調用合成搬送符号のチップレートが10 kbps、DA変換器とAD変換器のクロックを100 kbpsとした場合、変調用合成搬送波符号が例えば01の繰り返しである場合は00000000001111111111の繰り返しとして保存しておく。受信信号に20m秒の遅延が生じる場合には、復調用合成搬送符号は、20m秒、つまり2ビット分の位相遅延を設けた符号である11000000000011111111の繰り返しとして保存しておく。これにより、遅延回路等を設ける必要がなく、共通のクロックに応じて順次復調演算を行うことができる。
また、位相差を処理する別の方法として、図9に示すように、遅延回路811,821を用いて変調用合成搬送波符号に位相差を設けて復調に用いることもできる。この場合には、変調用合成搬送波符号記憶部111と復調用合成搬送符号記憶部121は、別々に設ける必要はなく、これらを制御部701内に設けることで、共通にすることができる。但し、ここで示す遅延回路は、ハードとして構成されたもの、ソフト的に構成されたもの、あるいは、符号記憶部から読み出すクロックのタイミングをずらすことにより位相差を実現するものなど、広く知られた遅延方法をいう。
上記図8若しくは図9に示したシステムを用いて、前置増幅器602に41kHzのローパスフィルタを設けた場合の符号間クロストークの計測を行った。但し、搬送波のチップレートは82 kHzであった。光源115と光源125を動作させたときの出力613の信号レベルをS0とし、光源115を消灯し、光源125のみを点灯した時の出力613の信号レベルをS1としたとき、クロストーク抑圧比は20×LOG(S0/S1)で表される。実験の結果、83.4 dBのクロストーク抑圧比が得られた。
比較のために、図4の符号(a)の2周期の後に符号(b)の1周期を連結し、これを繰り返した合成符号について、同様にクロストーク抑圧比を計測すると35.4 dBであった。
これらの結果から、異なる周期の符号のチップを交互に重ねた新しい合成符号を用いることで、クロストーク抑圧比が48 dB向上することがわかった。尚、この時のSN比は、どちらの組み合わせ符号を用いた場合でも65 dBであった。SN比は受光量に依存するが、組み合わせ符号1と2では受光量は同じであるため、SN比は変化しない。このように、高いSN比と高いクロストーク抑圧比を両立せしめることにより、計測精度の向上が可能となる。
また、ここでは周期が異なる2種類の符号を組み合わせたが、クロストーク抑圧比をより大きくする必要がある場合には、図3(e)で示したように周期の異なる3種類以上の符号を組み合わせた符号を用いることにより、よりクロストークを抑圧することができる。この時も前述のように予め組み合わせた符号を保存しておけばよい。
アダマール符号の場合には、周期128の符号の数は64個、周期64の符号の数は32個というように、周期の半分に相当する数の直交した符号が用意できる。この中から異なる周期の2種類の符号を用いて作成する組み合わせ符号のうち直交する符号の数は、最大周期の符号の数となる。
例えば、用いる符号の最大周期が128である場合には、64個となる。つまり、周期N以下の符号を2個用いて合成符号を作成すれば、最大N/2個の光源からの信号を分離できることになる。
本実施例では、ファイバで合波する2波長の光源からの信号の分離の例を示したが、波長は必ずしも異なっている必要はなく、ある受光器に入射する複数の任意の光源からの光信号の分離に使うことができる。
本実施例によれば、信号間クロストークを小さくするための符号およびそれを用いた生体光計測装置を提供することが可能となる。
本発明の第2の実施例として、実施例1の生体計測装置における送信側回路構成を別の形態とした例について、図10を用いて説明する。実施例1では、変調用合成符号を搬送波にのせた符号をあらかじめ用意しておいた例を示した。
搬送波周波数が低い場合にはこれが簡便でよいが、搬送波周波数を高くしたい場合には回路処理速度が不足する場合がある。
その場合に好適な送信側の回路構成例を、図10に示す。光照射部101において、符号記憶部911に保存された合成符号は、ミキサー913により搬送波発生回路912の出力にアナログ的に乗せられ、レーザ駆動回路114により半導体レーザ115を振幅変調する。同様に、光照射部102において、符号記憶部921に保存された合成符号は、ミキサー923により搬送波発生回路922の出力にアナログ的に乗せられ、レーザ駆動回路124により半導体レーザ125を振幅変調する。受信回路側でもAD変換やその後の処理回路の速度が不足する場合には、アナログ的にベースバンド信号、つまり合成符号を得てからAD変換して復調すればよい。
これにより、安価で応答速度の遅い送信側回路を用いながら、搬送波周波数を高くすることができる。
これにより、安価で応答速度の遅い送信側回路を用いながら、搬送波周波数を高くすることができる。
次に、本発明の第3の実施例を、図11、図12で説明する。まず、図11は、生体計測に本発明を用いる場合の概念図として、受信信号の多重を表す模式図である。プローブホルダのプローブ部2003に設けられた照射用光源1015、1025、1035は、被検体である生体に接触せしめる位置が異なる。それぞれの照射用光源のファイバからは、λ1からλ3の3波長の光が照射される。光検出器1001には、これらの光が同時に入射する構成となっており、この図では9個の光源の光を同時に検出する。この光源の位置と波長を区別するために、実施例1や実施例2で述べた方式により、それぞれ異なる符合を用いて各照射用光源1015、1025、1035を強度変調し、検出信号を復調する。復調信号はそれぞれの光源から照射された光が生体を通過して検出された光強度に比例するため、分光的手法により生体内部の情報、たとえば血液動態などをマッピングすることができる。
図12は、光を用いて脳活動に伴う血液動態変化を計測し、脳活動状態をマッピングする装置の構成図である。被検体の頭部に装着されるプローブホルダ1101に、送信側ファイバ100と受信側光ファイバ600が格子状に配列されている。前記実施例1や2で述べた回路は筐体1102内に収納されている。前述の制御部701も当該筐体内部に格納されており、分光的手法を用いてマッピング等を実行するための演算や解析は当該筐体1102内の制御部701で実行され、当該演算・解析結果等は表示部702に表示されように制御部701で制御される。
なお、実施例1や2では光ファイバを用いて光を伝送したが、前記回路の全部、または一部をプローブホルダ内に内蔵することにより、光ファイバをなくした装置にも本発明は適用可能である。
本発明は、実施例で述べた生体計測装置に限定されず、複数の光や音波などを用いて生体や物質の情報を得る計測装置において、信号の多重化および分離のために符号多重方式を用いる場合に利用できる。例えば、可視から近赤外光を用いて生体内の血液動態を計測する装置、およびその結果の空間的分布を得る装置、超音波を用いて生体等の内部構造を観測する装置、果物の糖度を外部から検査する装置などである。
100…送信側光ファイバ、111、121…変調用合成搬送符号記憶部、113、123…DA変換器、114、124…レーザ駆動回路、115、125…半導体レーザ、600…受信側光ファイバ、60…1光検出器、602…前置増幅器、603…AD変換器、610、620…乗算器、611、621…積算器、612、622…復調用合成搬送符号記憶部、613、614…出力、701…制御部、702…表示部、703…データ記憶部、811、821…遅延回路、911、921…符号記憶部、912、922…搬送波発生回路、913、923…ミキサー、1001…光検出器、1015、1025、1035…照射用光源、1101…プローブホルダ、1102…筐体、2003…プローブ部。
Claims (11)
- 生体に光を照射する光源を夫々有する複数の光照射部と、
当該生体において反射ないし透過した光を受光する複数の検出器と、
前記光照射部と前記検出器を少なくとも制御する制御手段と、
前記光源毎に異なる変調用合成搬送符号を予め記憶する変調用合成搬送符号記憶部と、
前記検出器の夫々が受光すべき前記光源からの光に対応する、前記検出器毎に異なる復調用合成搬送符号を記憶する復調用合成搬送符号記憶部と、
前記検出器で検出される検出信号を前記復調用合成搬送符号と乗算する乗算器と、当該乗算された検出信号を積算する積算器とを備えることを特徴とする生体光計測装置。 - 請求項1に記載の生体光計測装置において、
前記複数の光照射部の夫々は、
前記光源と前記変調用合成搬送符号記憶部と、DA変換器と光源駆動回路とを内部に備え、
前記制御手段からの制御信号に基づいて、当該変調用合成搬送符号記憶部に記憶された当該光源に対応する変調用合成搬送符号が当該DA変換器によりアナログ信号に変換され、当該変換されたアナログ信号が当該光源駆動回路に入力され、当該駆動信号により変調用合成搬送符号に基づいて前記光源から照射される光が強度変調されることを特徴とする生体光計測装置。 - 請求項1に記載の生体光計測装置において、
前記制御手段は、前記復調用合成搬送符号記憶部と、前記乗算器と、前記積算器とを内部に有することを特徴とする生体光計測装置。 - 請求項1に記載の生体光計測装置において、
前記光源は半導体レーザであって、
前記光照射部はさらに光ファイバを有することを特徴とする生体光計測装置。 - 請求項1に記載の生体光計測装置において、
前記検出器は受光用光ファイバを有することを特徴とする生体光計測装置。 - 請求項1に記載の生体光計測装置において、
前記積算器により積算された前記検出信号を表示できる表示部を備えることを特徴とする生体光計測装置。 - 請求項1に記載の生体光計測装置において、
前記変調用合成搬送符号は周期が異なる2種類以上の符号を組み合わせた符号であることを特徴とする生体光計測装置。 - 請求項7に記載の生体光計測装置において、
前記符号はアダマール符号であることを特徴とする生体光計測装置。 - 生体に光を照射する光源を夫々有する複数の光照射部と、
当該生体において反射ないし透過した光を受光する複数の検出器と、
前記光照射部と前記検出器を少なくとも制御する制御手段と、
前記制御手段は、
前記光源毎に異なる変調用合成搬送符号を予め記憶する変調用合成搬送符号記憶部と、
前記検出器の夫々が受光すべき前記光源からの光に対応する、前記検出器毎に異なる復調用合成搬送符号を記憶する復調用合成搬送符号記憶部と、
前記検出器で検出される検出信号を前記復調用合成搬送符号と乗算する乗算器と、当該乗算された検出信号を積算する積算器とを備えることを特徴とする生体光計測装置。 - 請求項9に記載の生体光計測装置において、
前記制御手段の内部に変調用合成搬送波符号と復調用合成搬送波符号に位相差を設ける遅延回路を備えることを特徴とする生体光計測装置。 - 請求項9に記載の生体光計測装置において、
前記変調用合成搬送符号記憶部と復調用合成搬送符号記憶部が共通であることを特徴とする生体光計測装置。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009106159 | 2009-04-24 | ||
JP2009106159 | 2009-04-24 | ||
PCT/JP2010/001202 WO2010122703A1 (ja) | 2009-04-24 | 2010-02-23 | 生体光計測装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2010122703A1 true JPWO2010122703A1 (ja) | 2012-10-25 |
Family
ID=43010833
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011510157A Pending JPWO2010122703A1 (ja) | 2009-04-24 | 2010-02-23 | 生体光計測装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPWO2010122703A1 (ja) |
WO (1) | WO2010122703A1 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101876606B1 (ko) * | 2014-10-30 | 2018-07-11 | 한국과학기술원 | 안정적인 데이터 추출을 위한 정합 필터 기반의 광대역 신호 수신기를 이용한 광분광학 시스템 및 그 제어 방법 |
CN107028589B (zh) * | 2015-12-07 | 2021-02-26 | 本田技研工业株式会社 | 用于生物信号记录的系统和计算机实现的方法 |
WO2020121704A1 (ja) * | 2018-12-10 | 2020-06-18 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 光計測装置 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002248104A (ja) * | 2001-02-26 | 2002-09-03 | Spectratech Inc | 生体情報測定装置およびこれを使用する測定方法 |
JP2004333344A (ja) * | 2003-05-09 | 2004-11-25 | Hitachi Ltd | 光計測方法および装置 |
JP2006218013A (ja) * | 2005-02-09 | 2006-08-24 | Spectratech Inc | 生体情報計測装置およびその制御方法 |
JP2006230657A (ja) * | 2005-02-24 | 2006-09-07 | Spectratech Inc | 可視化装置 |
JP2009017999A (ja) * | 2007-07-11 | 2009-01-29 | Hitachi Ltd | 生体光計測装置 |
-
2010
- 2010-02-23 JP JP2011510157A patent/JPWO2010122703A1/ja active Pending
- 2010-02-23 WO PCT/JP2010/001202 patent/WO2010122703A1/ja active Application Filing
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002248104A (ja) * | 2001-02-26 | 2002-09-03 | Spectratech Inc | 生体情報測定装置およびこれを使用する測定方法 |
JP2004333344A (ja) * | 2003-05-09 | 2004-11-25 | Hitachi Ltd | 光計測方法および装置 |
JP2006218013A (ja) * | 2005-02-09 | 2006-08-24 | Spectratech Inc | 生体情報計測装置およびその制御方法 |
JP2006230657A (ja) * | 2005-02-24 | 2006-09-07 | Spectratech Inc | 可視化装置 |
JP2009017999A (ja) * | 2007-07-11 | 2009-01-29 | Hitachi Ltd | 生体光計測装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2010122703A1 (ja) | 2010-10-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6505133B1 (en) | Simultaneous signal attenuation measurements utilizing code division multiplexing | |
JP4546274B2 (ja) | 生体情報計測装置およびその制御方法 | |
US20140036964A1 (en) | Transmission Signal Generating/Detecting Method Using Code Sequences, Communication System Using The Same and Measurement System Using The Same | |
JP5279718B2 (ja) | 変調された光信号用の受信機及び変調された光信号を受信する方法 | |
JP3623743B2 (ja) | 生体情報測定装置 | |
CA2062270A1 (en) | Photoplethysmographics using phase-division multiplexing | |
US7194292B2 (en) | Simultaneous signal attenuation measurements utilizing frequency orthogonal random codes | |
JP6762500B2 (ja) | 断層画像撮影装置 | |
JP2013079906A (ja) | 分布型光ファイバ音波検出装置 | |
CA2988662A1 (en) | Tunable optical receiver | |
JP2016102745A (ja) | レーダ送信装置およびレーダ受信装置 | |
JP5049678B2 (ja) | 生体光計測装置 | |
WO2010122703A1 (ja) | 生体光計測装置 | |
TR201804106T1 (tr) | Ssb modülasyon i̇le paralel manyeti̇k rezonans görüntüleme i̇çi̇n tamamen sayisal çok kanalli rf veri̇ci̇ | |
CN109891263A (zh) | 激光雷达装置 | |
US7569821B2 (en) | Biological information measuring apparatus | |
JP2006094456A (ja) | 通信装置 | |
JP2004333344A (ja) | 光計測方法および装置 | |
KR20050117098A (ko) | Uwb 통신 방법 및 uwb 송신장치와 수신장치 | |
CN116047468A (zh) | 多路输出的信号发射装置、mimo混沌激光雷达和探测识别设备 | |
JP6609738B2 (ja) | 生体光計測装置及び生体光計測方法 | |
RU2011129413A (ru) | Способ и устройство устранения влияния сдвига фазы и эффекта допплера в системах детектирования и связи | |
JP2013113840A (ja) | 光学画像測定装置 | |
JP2015108580A (ja) | 干渉型光ファイバセンサ | |
JP5372447B2 (ja) | サンプリング装置および信号モニタ |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20121106 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20121221 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20130409 |