JPWO2015141423A1

JPWO2015141423A1 - 生体光計測装置及び生体光計測方法

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Publication number: JPWO2015141423A1
Application number: JP2016508633A
Authority: JP
Inventors: 川崎　真護; 真護川崎
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2014-03-18
Filing date: 2015-02-26
Publication date: 2017-04-06
Also published as: WO2015141423A1

Abstract

本発明は、全身性成分を適切に抽出することによって、課題区間の目的成分を適切に抽出することができ、生体を透過した透過光を検出する生体光計測装置を提供するために、本発明の生体光計測装置は、生体を透過した透過光に基づいて、前記生体の動態に関する動態波形を計測する波形計測部と、被検者に所定の課題を与える課題区間の前記動態波形、前記課題区間の前段階である課題前区間の前記動態波形、前記課題区間の後段階である課題後区間の前記動態波形、及び所定の値のうち少なくとも1つに基づく第1の基準と前記課題区間の前記動態波形との差により、前記動態波形の補正又は非補正を選択する選択部と、前記動態波形の補正が選択された場合に前記課題区間の前記動態波形を補正する補正部とを備える。

Description

本発明は、生体光計測装置及び生体光計測方法に関し、特に、生体に光を照射し、生体を透過した透過光を検出する生体光計測装置及び生体光計測方法に関する。

生体光計測装置は、生体からの透過光を利用して、生体内部の血液循環、血行動態、及びヘモグロビン変化などの血液動態を非侵襲で計測する。一般的な生体光計測装置では、被検者に課題を与え、課題の施行中に生じる大脳皮質の活性化状態(脳活動成分)を計測波形により計測する。例えば、被検者が指を動かした際に脳の運動野領域のヘモグロビン変化が生じることが報告されている(例えば、非特許文献1)。

この場合、被検者が特定の課題を行う課題区間の前後の区間(例えば、被検者の指を動かすという特定の課題が被検者に与えられた場合における、被検者が指を動かしていない期間)を課題前区間(pre-stimulation period)及び課題後区間(post-stimulation period)と定義する。課題前区間及び課題後区間では脳活動が安定するため、課題前区間及び課題後区間は全身性成分が主に現れる区間となっている。よって、従来の生体光計測装置は、課題前区間及び課題後区間における計測波形を近似直線などで近似して全身性成分を抽出し、課題区間の計測波形から全身性成分を除外することにより、課題区間の目的成分(例えば、脳活動成分)を抽出できる。

A.Maki，et al. "Spatial and temporal analysis of human motor activity using noninvasive NIR topography"，Medical Physics，Vol.22，No.12，1997-2005(1995)

しかしながら、従来の生体光計測装置では、課題(語想起課題や記憶課題など)を施行した際に、課題前区間及び課題後区間に脳活動成分が残存する場合や課題前区間及び課題後区間の全身性成分のヘモグロビン変化が大きい場合がある。このような場合、課題前区間及び課題後区間における計測波形を近似直線などで近似しても全身性成分を適切に抽出することができない。よって、課題区間の計測波形から全身性成分を除外しても、課題区間の目的成分(例えば、脳活動成分)を適切に抽出できない。

本発明は、全身性成分を適切に抽出することによって、課題区間の目的成分を適切に抽出することができる生体光計測装置及び生体光計測方法を提供する。

本発明の生体光計測装置は、生体を透過した透過光に基づいて、前記生体の動態に関する動態波形を計測する波形計測部と、被検者に所定の課題を与える課題区間の前記動態波形、前記課題区間の前段階である課題前区間の前記動態波形、前記課題区間の後段階である課題後区間の前記動態波形、及び所定の値のうち少なくとも1つに基づく第1の基準と前記課題区間の前記動態波形との差により、前記動態波形の補正又は非補正を選択する選択部と、前記動態波形の補正が選択された場合に前記課題区間の前記動態波形を補正する補正部とを備える。

この構成によれば、第1の基準と課題区間の動態波形との差により、動態波形の補正又は非補正を選択することによって、課題区間の目的成分を適切に抽出することができる。

本発明は。全身性成分を適切に抽出することによって、課題区間の目的成分を適切に抽出することができる。

本実施の形態に係る生体光計測装置の一例を示した図本実施の形態に係る生体光計測装置に用いられるプローブの一例を示した図被検者に課題を与えた場合の動態波形(計測波形)の一例を示した図図3Aで示した複数のチャンネルの内の1つの動態波形(計測波形)の一例を示した図近似線を第1の基準として、第1の基準と課題区間の動態波形との差の積分値(又は、平均値)が負になる場合の一例を示した図第1の基準に基づいて非補正が選択された後の動態波形(非補正の動態波形)の一例を示した図生体光計測装置の処理の一例を示したフロー図複数の動態波形の平均に基づいて、動態波形を補正する場合の一例を示した図複数の動態波形に対する主成分分析による主成分に基づいて、動態波形を補正する場合の一例を示した図複数の動態波形に対する独立成分分析による独立成分に基づいて、動態波形を補正する場合の一例を示した図生体光計測装置の処理の他の一例を示したフロー図

本発明に係る生体光計測装置は、生体を透過した透過光に基づいて、前記生体の動態に関する動態波形を計測する波形計測部と、被検者に所定の課題を与える課題区間の動態波形、前記課題区間の前段階である課題前区間の動態波形、前記課題区間の後段階である課題後区間の動態波形、及び所定の値のうち少なくとも1つに基づく第1の基準と前記課題区間の前記動態波形との差により、前記動態波形の補正又は非補正を選択する選択部と、前記動態波形の補正が選択された場合に前記課題区間の前記動態波形を補正する補正部と、を備えることを特徴とする。

また、前記選択部は、前記課題前区間及び前記課題後区間における前記動態波形の近似線を前記第1の基準として、前記差の積分値及び平均値の少なくとも1つが負になる場合に、前記動態波形の非補正を選択することを特徴とする。

また、前記選択部は、前記動態波形において前記第1の基準を平行移動させることにより、前記第1の基準を調整することを特徴とする。

また、前記選択部は、前記第1の基準に基づいて非補正が選択された後、前記課題区間の前記動態波形、前記課題前区間の前記動態波形、前記課題後区間の前記動態波形、及び所定の値のうち少なくとも1つに基づく第2の基準と前記課題区間の前記動態波形との差の積分値及び平均値の少なくとも1つが負になる場合に、前記動態波形の補正を選択することを特徴とする。

また、前記選択部は、前記動態波形において前記第2の基準を平行移動させることにより、前記第2の基準を調整することを特徴とする。

また、前記補正部は、前記第1の基準に基づいて非補正が選択された後、複数の前記動態波形の平均、複数の前記動態波形に対する主成分分析による主成分、複数の前記動態波形に対する独立成分分析による独立成分、及び所定の値のうち少なくとも1つを波形基準とし、前記波形基準に基づいて前記課題区間の前記動態波形を補正することを特徴とする。

また、前記補正部は、前記波形基準と前記課題区間の前記動態波形との差の積分値及び平均値の少なくとも1つが最大になる前記波形基準に基づいて前記動態波形を補正することを特徴とする。

また、前記補正部は、前記動態波形において前記波形基準を平行移動させることにより、前記波形基準を調整することを特徴とする。

また、前記補正部は、前記複数の動態波形の平均を波形基準として、前記波形基準と前記課題区間の前記動態波形との差の積分値及び平均値の少なくとも1つが負になる場合に、前記複数の動態波形の主成分に基づいて前記課題区間の前記動態波形を補正することを特徴とする。

また、前記補正部は、前記複数の動態波形の平均又は前記複数の動態波形の主成分を波形基準として、前記波形基準と前記課題区間の前記動態波形との差の積分値及び平均値の少なくとも1つが負になる場合に、前記複数の動態波形の独立成分に基づいて前記課題区間の前記動態波形を補正することを特徴とする。

また、前記波形基準と前記課題区間の前記動態波形との差の積分値及び平均値の少なくとも1つが負になる場合に、動態波形が不適切な動態波形であることを示す警告を発生させる表示装置を備えることを特徴とする。

また、前記補正部は、前記複数のチャネルから指定された前記複数の動態波形の重み付け平均に基づいて、前記課題区間の前記動態波形を補正することを特徴とする。

また、前記補正部は、前記波形基準のうち少なくとも2つの重み付け平均に基づいて、前記課題区間の前記動態波形を補正することを特徴とする。

また、前記補正部は、前記波形基準と前記課題区間の前記動態波形との差の積分値及び平均値の少なくとも1つが正になる前記波形基準の重み付け平均に基づいて、前記課題区間の前記動態波形を補正することを特徴とする。

また、本発明に係る生体光計測方法は、生体を透過した透過光に基づいて、前記生体の動態に関する動態波形を計測し、被検者に所定の課題を与える課題区間の動態波形、前記課題区間の前段階である課題前区間の動態波形、前記課題区間の後段階である課題後区間の動態波形、及び所定の値のうち少なくとも1つに基づく第1の基準と前記課題区間の前記動態波形との差により、前記動態波形の補正又は非補正を選択し、前記動態波形の補正が選択された場合に前記課題区間の前記動態波形を補正することを特徴とする。

次に、本発明の実施の形態の超音波画像撮像装置について、図面を用いて詳細に説明する。図1は、本実施の形態に係る生体光計測装置の一例を示した図である。図2は、本実施の形態に係る生体光計測装置に用いられるプローブの一例を示した図である。

図1に示すように、本実施の形態に係る生体光計測装置100は、プローブ1、レーザダイオード(光源)2、送信光ファイバ3、受信光ファイバ4、検出器5、ロックインアンプ6、A／D変換器7、デジタルボード8、プロセッサ9、入力装置10、表示装置11、及び記憶装置12を備える。プロセッサ9は、波形計測部20、選択部21、及び補正部22を備える。なお、生体光計測装置100は、生体を透過した透過光に基づいて、生体の動態に関する動態波形を計測又は分析できれば、上記構成のすべてを備える必要はない。

図2に示すように、プローブ1は、被検者の計測部位(例えば、頭部)に装着され、複数のチャネル(52の計測チャネル)により被検者の前頭上部、右側頭部、及び左側頭部に近赤外光を送受信する。レーザダイオード2は、複数の波長の光を生成する複数の光モジュールを備える。近赤外光は、レーザダイオード2で生成され、送信光ファイバ3を通過して、プローブ1の複数のチャネルから生体(被検者の計測部位)に照射される。

生体を透過しやすい波長700〜900nmの光(近赤外光)が使用される。光(近赤外光)が血液成分のヘモグロビンで吸収される(又は、散乱する)作用を利用して、光(近赤外光)の吸収及び散乱の変化を計測することにより、生体における酸素化ヘモグロビン(oxyHb)と脱酸素化ヘモグロビン(deoxyHb)の濃度変化を検出する。酸素化ヘモグロビン(oxyHb)と脱酸素化ヘモグロビン(deoxyHb)は異なる吸収スペクトルを有するため、酸素化ヘモグロビン(oxyHb)と脱酸素化ヘモグロビン(deoxyHb)のモル分子吸光係数が既知であれば、2波長以上の光(近赤外光)の吸収の変化を計測することにより、生体における酸素化ヘモグロビン(oxyHb)と脱酸素化ヘモグロビン(deoxyHb)の濃度変化を検出することができる。

受信光ファイバ4は、大脳皮質で吸収及び散乱を起こした光(近赤外光)を集光する。

例えば、受信光ファイバ4は、被検者の表皮から約20mmの深度に到達した光(近赤外光)を、被検者の表皮から約30mm離れた位置で集光する。

プローブ1は、複数のチャネル(52の計測チャネル)で受信された光(近赤外光)を、受信光ファイバ4を介して検出器5に送信する。

検出器5は、受信光ファイバ4からの光(近赤外光)の光量に対応する電気信号に変換する光電変換素子(フォトダイオードや光電子増倍管など)を備える。光電変換素子としてフォトダイオードを用いる場合には、高感度な光計測が実現できるアバランシェフォトダイオードが好適である。

ロックインアンプ6は、検出器5からの電気信号を入力し、光(近赤外光)の照射位置及び波長に対応した変調信号を選択的に検出する。

A／D変換器7は、ロックインアンプ6からのアナログ信号を入力し、デジタル信号に変換する。A／D変換器7によって変換されたデジタル信号は、デジタルボード8に出力される。デジタルボード8は、A／D変換器7からの信号を入力するためのインタフェースである。

プロセッサ9は、CPU、ROM、及びRAMなどを備え、生体光計測装置100の各種装置を制御する。波形計測部20は、デジタルボード8又は記憶装置12から入力される信号に基づいて、プローブ1のチャネルごとに複数波長の検出光量を用いることにより、生体(被検者)を透過した透過光に基づいて、生体の動態に関する動態波形を計測する。例えば、波形計測部20は、脳活動に伴う酸素化ヘモグロビン(oxyHb)、脱酸素化ヘモグロビン(deoxyHb)、及びこれらの和である総ヘモグロビン(totalHb)の時間的な変化を動態波形として計測し、計測結果を表示装置(モニタ)11に表示する。

図3A，3Bは、被検者に課題を与えた場合の動態波形(計測波形)の一例を示した図である。

図3Aに示すように、動態波形はチャネルごとに計測される。図3Bは、複数のチャネルのうち1つのチャネルの動態波形(計測波形)の一例を示した図である。図3Bに示すように、動態波形(ヘモグロビン波形)30は、横軸が計測開始時刻からの経過時間(秒)、縦軸が計測値(mM・mm)のグラフとして計測される。計測値(mM・mm)は、ヘモグロビン濃度(mM)と長さ(mm)の積であるヘモグロビン濃度長である。計測値は、例えば、0.1秒ごとにサンプリングされる。図3A，3Bに示す例では、横軸が0秒〜130秒、縦軸が-1.0〜＋2.0の範囲となっている。

図3Bでは、計測開始から10秒後に、被検者に所定の課題(語想起課題や記憶課題など)が与えられ、計測開始から70秒に所定の課題が終了する。つまり、計測開始後、10秒〜70秒が課題区間(stimulation period)31である。また、計測開始後、0秒〜10秒が、課題区間31の前段階である課題前区間(pre-stimulation period)32である。さらに、計測開始後、120秒〜125秒が、課題区間31の後段階である課題後区間(post-stimulation period)33である。課題前区間32及び課題後区間33は、課題区間31と時間的に連続していなくてもよい。

また、課題前区間32及び課題後区間33では、課題区間31と異なる課題が与えられてもよい。つまり、課題前区間32及び課題後区間33の動態波形30は、被検者が安静状態にあるときの動態波形であればよく、課題区間31の動態波形30は、被検者が刺激状態にあるときの動態波形であればよい。

図3Bの基準線(第1の基準)34は、全身性成分に相当する。全身性成分は、呼吸や心拍動の変化に伴って血流や血圧が変化することより生じるノイズである。全身性成分は動態波形30に含まれるので、課題区間31の目的成分(例えば、脳活動成分)を抽出するためには、動態波形30から全身性成分を除外することにより、動態波形30を補正する必要がある。図3Bに示すように、課題前区間32及び課題後区間33は、被検者が安静状態であるため、脳活動成分よりも全身性成分が主に現れる区間となっている。

よって、課題前区間32及び課題後区間33における動態波形30を近似線で近似することにより、近似線を基準線(第1の基準)34として全身性成分を抽出することができる。なお、基準線(第1の基準)34は、直線に限定されず、近似線が曲線である場合は曲線となる。また、基準線(第1の基準)34は、近似線に限定されず、課題前区間32及び課題後区間33の少なくとも1つの区間における計測値(mM・mm)の平均でもよい。また、複数の基準(第1の基準)があってもよい。

選択部21は、被検者に所定の課題を与える課題区間31、課題区間31の前段階である課題前区間32、及び課題区間31の後段階である課題後区間33の動態波形30、及び所定の値(動態波形の所定の計測値)のうち少なくとも1つに基づく第1の基準と課題区間31の動態波形30との差により、動態波形30の補正又は非補正を選択する。例えば、選択部21は、課題前区間32及び課題後区間33における動態波形30の近似線を第1の基準(基準線34)として、第1の基準(基準線34)と課題区間31の動態波形30との差の積分値(又は、平均値)が正(＋)になる場合に、動態波形30の補正を選択する。

選択部21は、課題前区間32及び課題後区間33における動態波形30の近似線を第1の基準(基準線34)として、第1の基準(基準線34)と課題区間31の動態波形30との差の積分値(又は、平均値)が負(-)になる場合に、動態波形30の非補正を選択する。また、選択部21は、図3Bに示すような動態波形30において第1の基準(基準線34)を平行移動させることにより、第1の基準(基準線34)を調整してもよい。また、第1の基準(基準線34)は複数あってもよい。また、第1の基準(基準線34)はチャネルごとに異なってもよい。

図3Bでは、課題前区間32及び課題後区間33における動態波形30の近似線を第1の基準(基準線34)として、第1の基準(基準線34)と課題区間31の動態波形30との差の積分値(又は、平均値)が正(＋)になるので、選択部21は動態波形30の補正を選択する。補正部22は、動態波形30の補正が選択された場合に、課題区間31の動態波形30を補正する。なお、補正部22は、課題区間31以外の動態波形30を補正してもよい。

例えば、補正部22は、動態波形30から全身性成分を除外するために動態波形30と基準線(第1の基準)34の差を算出し、動態波形30と基準線(第1の基準)34の差により表された動態波形(ヘモグロビン波形)を補正された動態波形(目的成分)として出力する。この場合、基準線(第1の基準)34は計測値0(mM・mm)と一致する。このように、課題区間31において第1の基準(基準線34)と動態波形30との差の積分値(又は、平均値)が正(＋)になる場合に、第1の基準(基準線34)を全身性成分として抽出することにより、課題区間31の目的成分を適切に抽出することができる。

図4は、近似線を第1の基準(基準線34)として、第1の基準(基準線34)と課題区間31の動態波形30との差の積分値(又は、平均値)が負(-)になる場合の一例を示した図である。図4(a)に示すように、課題前区間32及び課題後区間33における動態波形30の近似直線が第1の基準(基準線34)となる。この場合、動態波形30から全身性成分を除外するために、動態波形30と基準線(第1の基準)34の差が算出される。図4(b)は、動態波形30と基準線(第1の基準)34の差により表された動態波形(ヘモグロビン波形)40を示した図である。図4(b)では、基準線(第1の基準)34は計測値0(mM・mm)と一致する。

図4(b)に示すように、第1の基準(基準線34)と課題区間31の動態波形50との差の積分値(又は、平均値)が負(-)になる。つまり、課題前区間32及び課題後区間33における動態波形30の近似線を第1の基準(基準線34)として、第1の基準(基準線34)と課題区間31の動態波形30との差の積分値(又は、平均値)が負(-)になるので、選択部21は動態波形30の非補正を選択する。非補正が選択された場合は、非補正の動態波形30(図4(a)の動態波形)が出力される。このように、課題区間31において第1の基準(基準線34)と動態波形30との差の積分値(又は、平均値)が負(-)になる場合は、第1の基準(基準線34)からは適切な全身性成分が抽出できなかったと判断され、非補正の動態波形30が出力される。

選択部21は、第1の基準(基準線34)に基づいて非補正が選択された後、課題区間31の動態波形30、課題前区間32の動態波形30、課題後区間33の動態波形30、及び所定の値(動態波形の所定の計測値)のうち少なくとも1つに基づく第2の基準と課題区間31の動態波形30との差の積分値(又は、平均値)が負(-)になる場合に、動態波形30の補正を選択する。この場合、選択部21は、動態波形30において第2の基準(基準線35)を平行移動させることにより、第2の基準(図5の基準線35)を調整してもよい。また、第2の基準は複数あってもよい。また、第2の基準はチャネルごとに異なってもよい。

例えば、第1の基準(基準線34)に基づいて非補正が選択された後の動態波形(非補正の動態波形)が図5(a)の動態波形30である場合、第2の基準(基準線35：所定の値0(mM・mm))を用いると、第2の基準(基準線35)と課題区間31の動態波形30との差の積分値(又は、平均値)が正(＋)になるので、選択部21は動態波形30の非補正を選択する。このように、課題区間31において第2の基準(基準線35)と動態波形30との差の積分値(又は、平均値)が正(＋)になる場合は、非補正の動態波形30を目的成分とすることにより、課題区間31の目的成分を適切に抽出することができる。

一方、第1の基準(基準線34)に基づいて非補正が選択された後の動態波形(非補正の動態波形)が図5(b)の動態波形30である場合、第2の基準(基準線35：所定の値0(mM・mm))を用いると、第2の基準(基準線35)と課題区間31の動態波形30との差の積分値(又は、平均値)が負(-)になるので、選択部21は動態波形30の補正を選択する。このように、課題区間31において第2の基準(基準線35)と動態波形30との差の積分値(又は、平均値)が負(-)になる場合は、第2の基準(基準線35)からは適切な全身性成分が抽出できなかったと判断され、波形基準(動態波形の平均、主成分分析による動態波形の主成分、独立成分分析による動態波形の独立成分、及び所定の値(動態波形の所定の計測値)のうち少なくとも1つ)に基づいて動態波形30が補正される。

補正部22は、動態波形30の補正が選択された場合に、複数のチャネルから得られた複数の動態波形の平均、複数のチャネルから得られた複数の動態波形に対する主成分分析による主成分、複数のチャネルから得られた複数の動態波形に対する独立成分分析による独立成分、及び所定の値のうち少なくとも1つを波形基準として、波形基準に基づいて動態波形30を補正する。このように、波形基準を全身性成分として抽出することにより、課題区間31の目的成分を適切に抽出することができる。

記憶装置12は、ハードディスク(HHD)又は各種の記憶媒体(USBメモリなど)であり、デジタルボード8からの信号やプロセッサ9による処理結果をデータとして記憶する。なお、記憶装置12に記憶されるデータは、ネットワークを介して外部に記憶されてもよい。

入力装置10は、マウスやキーボードなどを備え、各種の命令又は情報を入力する。表示装置11は、液晶ディスプレイなどのモニタを備え、プロセッサ9による処理結果などを表示する。入力装置10及び表示装置11は、ユーザからの命令又は情報を入力するために、ユーザインタフェースの役割を果たす。

次に、生体光計測装置100の処理の詳細について説明する。図6は、生体光計測装置100の処理を説明するフロー図である。図6に示すように、波形計測部20は、生体(被検者)を透過した透過光に基づいて、チャネルごとに動態波形を計測する(ステップS101)。波形計測部20(又は、選択部21)は、課題前区間32及び課題後区間33における動態波形30を近似線で近似することにより、近似線を第1の基準(基準線34)として全身性成分を抽出する(ステップS102)。

選択部21は、課題区間31の動態波形30、課題前区間32の動態波形30、課題後区間33の動態波形30、及び所定の値のうち少なくとも1つに基づく第1基準を用いて、動態波形30の補正又は非補正を選択する。例えば、選択部21は、動態波形30と第1の基準(基準線34)の差を算出し(ステップS103)、課題区間31における動態波形30と第1の基準(基準線34)の差の積分値(又は、平均値)を算出する(ステップS104)。

図3Bに示すように、課題区間31における動態波形30と第1の基準(基準線34)の差の積分値(又は、平均値)が正(ゼロ以上)になる場合は、選択部21は動態波形30の補正を選択する。この場合、補正部22は、動態波形30と第1の基準(基準線34)の差により表された動態波形(ヘモグロビン波形)を補正された動態波形として出力する(ステップS105)。

図4(b)に示すように、課題区間31における動態波形30と第1の基準(基準線34)の差の積分値(又は、平均値)が負(ゼロ未満)になる場合は、選択部21は動態波形30の非補正を選択する(ステップS106)。

選択部21は、第1の基準(基準線34)に基づいて非補正が選択された後、課題区間31の動態波形30、課題前区間32の動態波形30、課題後区間33の動態波形30、及び所定の値のうち少なくとも1つに基づく第2の基準を用いて、動態波形30の補正又は非補正を選択する。例えば、選択部21は、動態波形30と第2の基準(基準線34)の差を算出し、課題区間31における動態波形30と第2の基準(基準線34)の差の積分値(又は、平均値)を算出する(ステップS107)。

図5(a)に示すように、課題区間31における動態波形30と第2の基準(基準線35)の差の積分値(又は、平均値)が正(ゼロ以上)になる場合は、選択部21は動態波形30の非補正を選択する(ステップS108)。

図5(b)に示すように、課題区間31における動態波形30と第2の基準(基準線35)の差の積分値(又は、平均値)が負(ゼロ未満)になる場合は、選択部21は動態波形30の補正を選択する(ステップS109)。この場合、補正部22は、複数の動態波形の平均、複数の動態波形に対する主成分分析による主成分、複数の動態波形に対する独立成分分析による独立成分、及び所定の値のうち少なくとも1つを波形基準として、波形基準に基づいて動態波形30を補正する(ステップS110-1，S110-2，S110-3，S110-4)。

例えば、図7(a)に示すように、複数の動態波形の平均に基づいて、動態波形30を補正する場合(ステップS110-1)、補正部22は、複数のチャネル(52の計測チャネル)の動態波形の平均波形36を算出する。図7(b)に示すように、補正部22は、平均波形36を波形基準として波形基準(平均波形36)と動態波形30との差(差分波形37)を算出し、課題区間31における差(差分波形37)の積分値及び平均値の少なくとも1つを算出する(ステップS111)。補正部22は、課題区間31における差(差分波形37)の積分値及び平均値の少なくとも1つが正(ゼロ以上)になる場合、波形基準(平均波形36)を用いて動態波形30を補正し、差分波形37を補正された動態波形として出力する(ステップS112)。一方、課題区間31における差(差分波形37)の積分値及び平均値の少なくとも1つが負(ゼロ未満)になる場合、表示装置11は、動態波形30が不適切な動態波形であることを示す警告(メッセージや警告音など)を発生させ、他の波形基準を選択するために、処理がステップS109に戻る(ステップS113)。

また、図8(a)に示すように、複数の動態波形に対する主成分分析による主成分に基づいて、動態波形30を補正する場合(ステップS110-2)、補正部22は、複数のチャネル(52の計測チャネル)の動態波形に主成分分析を施し、主成分分析により第一成分波形38を算出する。図8(b)に示すように、補正部22は、第一成分波形38を波形基準として波形基準(第一成分波形38)と動態波形30との差(差分波形39)を算出し、課題区間31における差(差分波形39)の積分値及び平均値の少なくとも1つを算出する(ステップS111)。補正部22は、課題区間31における差(差分波形39)の積分値及び平均値の少なくとも1つが正(ゼロ以上)になる場合、波形基準(第一成分波形38)を用いて動態波形30を補正し、差分波形39を補正された動態波形として出力する(ステップS112)。

一方、課題区間31における差(差分波形39)の積分値及び平均値の少なくとも1つが負(ゼロ未満)になる場合、表示装置11は、動態波形30が不適切な動態波形であることを示す警告(メッセージや警告音など)を発生させ、他の波形基準を選択するために、処理がステップS109に戻る(ステップS113)。

また、図9(a)に示すように、複数の動態波形に対する独立成分分析による独立成分に基づいて、動態波形30を補正する場合(ステップS110-3)、補正部22は、複数のチャネル(52の計測チャネル)の動態波形に独立成分分析を施し、独立成分分析により3つの独立成分に分離し、第一独立成分波形40を算出する。独立成分の数は任意に設定される。

図9(b)に示すように、補正部22は、第一独立成分波形40を波形基準として波形基準(第一独立成分波形40)と動態波形30との差(差分波形41)を算出し、課題区間31における差(差分波形41)の積分値及び平均値の少なくとも1つを算出する(ステップS111)。補正部22は、課題区間31における差(差分波形41)の積分値及び平均値の少なくとも1つが正(ゼロ以上)になる場合、波形基準(第一独立成分波形40)を用いて動態波形30を補正し、差分波形41を補正された動態波形として出力する(ステップS112)。

一方、課題区間31における差(差分波形41)の積分値及び平均値の少なくとも1つが負(ゼロ未満)になる場合、表示装置11は、動態波形30が不適切な動態波形であることを示す警告(メッセージや警告音など)を発生させ、他の波形基準を選択するために、処理がステップS109に戻る(ステップS113)。

また、所定の値に基づいて、動態波形30を補正する場合(ステップS110-4)、補正部22は、所定の値(例えば、0.5(mM・mm))を波形基準として波形基準(0.5(mM・mm))と動態波形30との差(差分波形)を算出し、課題区間31における差の積分値及び平均値の少なくとも1つを算出する(ステップS111)。補正部22は、課題区間31における差(差分波形)の積分値及び平均値の少なくとも1つが正(ゼロ以上)になる場合、波形基準(0.5(mM・mm))を用いて動態波形30を補正し、差分波形を補正された動態波形として出力する(ステップS112)。

一方、課題区間31における差(差分波形)の積分値及び平均値の少なくとも1つが負(ゼロ未満)になる場合、表示装置11は、動態波形30が不適切な動態波形であることを示す警告(メッセージや警告音など)を発生させ、他の波形基準を選択するために、処理がステップS109に戻る(ステップS113)。なお、所定の値が0(mM・mm)である場合は、補正部22は、0次近似直線法に基づいて動態波形30を補正することになる。

補正部22は、波形基準(平均波形36，第一成分波形38，第一独立成分波形40，所定の値)と課題区間31の動態波形30との差の積分値及び平均値の少なくとも1つが最大になる波形基準に基づいて動態波形30を補正する。差の積分値及び平均値の少なくとも1つが最大になる波形基準と動態波形30との差分波形が、補正された動態波形として出力される。

補正部22は、波形基準(平均波形36，第一成分波形38，第一独立成分波形40，所定の値)を平行移動させることにより、波形基準を調整してもよい。

なお、動態波形30を補正するステップ間(ステップS110-1，S110-2，S110-3，S110-4)の処理の優先度は特に必要ではないが、補正部22は、複数の動態波形の平均を波形基準(平均波形36)として、波形基準(平均波形36)と課題区間31の動態波形30との差(差分波形)の積分値及び平均値の少なくとも1つが負になる場合に、複数の動態波形の主成分(第一成分波形38)に基づいて動態波形30を補正してもよい。この場合は、平均による補正が主成分分析による補正よりも処理の優先度が高くなる。

また、補正部22は、複数の動態波形の平均(平均波形36)又は複数の動態波形の主成分(第一成分波形38)を波形基準として、波形基準(平均波形36又は第一成分波形38)と課題区間31の動態波形30との差(差分波形)の積分値及び平均値の少なくとも1つが負になる場合に、複数の動態波形の独立成分(第一独立成分波形40)に基づいて動態波形を補正してもよい。この場合は、平均又は主成分分析による補正が独立分分析による補正よりも処理の優先度が高くなる。

処理の優先度が決められている場合、波形基準と課題区間31の動態波形30との差(差分波形)の積分値及び平均値の少なくとも1つが正になった時点で処理が終了し、補正部22は、差(差分波形)の積分値及び平均値の少なくとも1つが正になった波形基準に基づいて、動態波形30を補正してもよい。

また、補正部22は、複数のチャネル(52の計測チャネル)から指定された複数の動態波形の平均(平均波形36)、複数のチャネル(52の計測チャネル)から指定された複数の動態波形の主成分(第一成分波形38)、及び複数のチャネル(52の計測チャネル)から指定された複数の動態波形の独立成分(第一独立成分波形40)のうち少なくとも1つに基づいて、動態波形30を補正してもよい。つまり、複数のチャネル(52の計測チャネル)から指定された動態波形に基づいて、平均、主成分分析、及び独立成分分析が施されてもよい。

また、平均波形36を算出する場合、補正部22は、単純平均の代わりに、複数の動態波形の重み付け平均(加重平均)に基づいて平均波形36を算出し、動態波形30を補正してもよい。

また、補正部22は、複数の動態波形の平均により補正された動態波形(例えば、図7(b)の差分波形37)、複数の動態波形に対する主成分分析による主成分により補正された動態波形(例えば、図8(b)の差分波形39)、複数の動態波形に対する独立成分分析による独立成分により補正された動態波形(例えば、図9(b)の差分波形41)、及び所定の値(例えば、0次近似直線法に基づく場合は、図5(a)の動態波形30)により補正された動態波形のうち少なくとも2つの動態波形の重み付け平均(加重平均)に基づいて、動態波形30を補正してもよい。つまり、補正部22は、波形基準のうち少なくとも2つの重み付け平均(加重平均)に基づいて動態波形30を補正してもよい。この場合、重み付け平均(加重平均)された波形基準と動態波形30との差分波形が、補正された動態波形として出力される。

また、補正部22は、波形基準(平均波形36，第一成分波形38，第一独立成分波形40，所定の値)と課題区間31の動態波形30との差の積分値及び平均値の少なくとも1つが正になる波形基準の重み付け平均に基づいて、動態波形30を補正してもよい。

このように、波形基準(平均波形36，第一成分波形38，第一独立成分波形40，所定の値)を全身性成分として抽出することにより、課題区間31の目的成分を適切に抽出することができる。

以上、本発明にかかる実施の形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、請求項に記載された範囲内において変更・変形することが可能である。

例えば、図10に示すように、補正部22は、第1の基準(基準線34)に基づいて非補正が選択された後、複数の動態波形の平均、複数の動態波形に対する主成分分析による主成分、複数の動態波形に対する独立成分分析による独立成分、及び所定の値のうち少なくとも1つを波形基準とし、波形基準に基づいて動態波形30を補正してもよい。この場合、図6のステップS107，S108は省略される。図10のステップS110-4において、所定の値が0(mM・mm)である場合は、補正部22は、0次近似直線法に基づいて動態波形30を補正することになる。この場合、0(mM・mm)と動態波形30との差分波形が補正された動態波形として出力されるので、0次近似直線法に基づいて補正された動態波形は、非補正の動態波形30(例えば、図5(a)の動態波形30)に相当する。ステップS110-1，S110-2，S110-3，S110-4のうちステップS110-4の優先度が最も高く設定されてもよい。

また、表示装置11は、補正及び非補正の動態波形を同じグラフ上に表示してもよい。

例えば、表示装置11は、非補正の動態波形30と差分波形37，39，41を同じグラフ上に表示する。

本発明は、全身性成分を適切に抽出することによって、課題区間の目的成分を適切に抽出することができ、生体を透過した透過光を検出する生体光計測装置及び生体光計測方法などとして有用である。

1 プローブ、2 レーザダイオード、3 送信光ファイバ、4 受信光ファイバ、5 検出器、6 ロックインアンプ、7 A／D変換器、8 デジタルボード、9 プロセッサ、10 入力装置、11 表示装置、12 記憶装置、20 波形計測部、21 選択部、22 補正部、100 生体光計測装置

Claims

生体を透過した透過光に基づいて、前記生体の動態に関する動態波形を計測する波形計測部と、
被検者に所定の課題を与える課題区間の動態波形、前記課題区間の前段階である課題前区間の動態波形、前記課題区間の後段階である課題後区間の動態波形、及び所定の値のうち少なくとも1つに基づく第1の基準と前記課題区間の前記動態波形との差により、前記動態波形の補正又は非補正を選択する選択部と、
前記動態波形の補正が選択された場合に前記課題区間の前記動態波形を補正する補正部と
を備えることを特徴とする生体光計測装置。
前記選択部は、前記課題前区間及び前記課題後区間における前記動態波形の近似線を前記第1の基準として、前記差の積分値及び平均値の少なくとも1つが負になる場合に、前記動態波形の非補正を選択することを特徴とする請求項1に記載の生体光計測装置。
前記選択部は、前記動態波形において前記第1の基準を平行移動させることにより、前記第1の基準を調整することを特徴とする請求項1に記載の生体光計測装置。
前記選択部は、前記第1の基準に基づいて非補正が選択された後、前記課題区間の前記動態波形、前記課題前区間の前記動態波形、前記課題後区間の前記動態波形、及び所定の値のうち少なくとも1つに基づく第2の基準と前記課題区間の前記動態波形との差の積分値及び平均値の少なくとも1つが負になる場合に、前記動態波形の補正を選択することを特徴とする請求項1に記載の生体光計測装置。
前記選択部は、前記動態波形において前記第2の基準を平行移動させることにより、前記第2の基準を調整することを特徴とする請求項4に記載の生体光計測装置。
前記補正部は、前記第1の基準に基づいて非補正が選択された後、複数の前記動態波形の平均、複数の前記動態波形に対する主成分分析による主成分、複数の前記動態波形に対する独立成分分析による独立成分、及び所定の値のうち少なくとも1つを波形基準とし、前記波形基準に基づいて前記課題区間の前記動態波形を補正することを特徴とする請求項1に記載の生体光計測装置。
前記補正部は、前記波形基準と前記課題区間の前記動態波形との差の積分値及び平均値の少なくとも1つが最大になる前記波形基準に基づいて前記動態波形を補正することを特徴とする請求項6に記載の生体光計測装置。
前記補正部は、前記動態波形において前記波形基準を平行移動させることにより、前記波形基準を調整することを特徴とする請求項6に記載の生体光計測装置。
前記補正部は、前記複数の動態波形の平均を波形基準として、前記波形基準と前記課題区間の前記動態波形との差の積分値及び平均値の少なくとも1つが負になる場合に、前記複数の動態波形の主成分に基づいて前記課題区間の前記動態波形を補正することを特徴とする請求項6に記載の生体光計測装置。
前記補正部は、前記複数の動態波形の平均又は前記複数の動態波形の主成分を波形基準として、前記波形基準と前記課題区間の前記動態波形との差の積分値及び平均値の少なくとも1つが負になる場合に、前記複数の動態波形の独立成分に基づいて前記課題区間の前記動態波形を補正することを特徴とする請求項6に記載の生体光計測装置。
前記波形基準と前記課題区間の前記動態波形との差の積分値及び平均値の少なくとも1つが負になる場合に、動態波形が不適切な動態波形であることを示す警告を発生させる表示装置を備えることを特徴とする請求項6に記載の生体光計測装置。
前記補正部は、前記複数のチャネルから指定された前記複数の動態波形の重み付け平均に基づいて、前記課題区間の前記動態波形を補正することを特徴とする請求項1に記載の生体光計測装置。
前記補正部は、前記波形基準のうち少なくとも2つの重み付け平均に基づいて、前記課題区間の前記動態波形を補正することを特徴とする請求項6に記載の生体光計測装置。
前記補正部は、前記波形基準と前記課題区間の前記動態波形との差の積分値及び平均値の少なくとも1つが正になる前記波形基準の重み付け平均に基づいて、前記課題区間の前記動態波形を補正することを特徴とする請求項13に記載の生体光計測装置。
生体を透過した透過光に基づいて、前記生体の動態に関する動態波形を計測し、
被検者に所定の課題を与える課題区間の動態波形、前記課題区間の前段階である課題前区間の動態波形、前記課題区間の後段階である課題後区間の動態波形、及び所定の値のうち少なくとも1つに基づく第1の基準と前記課題区間の前記動態波形との差により、前記動態波形の補正又は非補正を選択し、
前記動態波形の補正が選択された場合に前記課題区間の前記動態波形を補正することを特徴とする生体光計測方法。