JPWO2020183854A1

JPWO2020183854A1 - プローブホルダ

Info

Publication number: JPWO2020183854A1
Application number: JP2021505531A
Authority: JP
Inventors: 山田　亨
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2019-03-13
Filing date: 2019-12-20
Publication date: 2021-10-21
Anticipated expiration: 2039-12-20
Also published as: US11963794B2; WO2020183854A1; JP7113563B2; US20210219916A1

Abstract

簡素な構成により、複数のプローブをそれらの位置関係が規定された状態で固定するプローブホルダを提供することを課題とする。上記課題を解決するため、光を照射又は検出するプローブを保持しつつ、被検体の頭部に装着するプローブホルダであって、各々が隣接する３つのプローブ（ＰＲ１〜ＰＲ３）を単一のプレートで保持する複数の基本ユニット（２）と、それぞれ異なる基本ユニット（２）に含まれた隣接する複数のプローブ（ＰＲ３〜ＰＲ５）を、上記複数のプローブ（ＰＲ３〜ＰＲ５）からの距離が等しい中心点（Ｐ１）において相互に連結する結合子（Ｃ１）を備えたプローブホルダ（１）を提供する。

Description

本発明は、脳の機能を計測するためのプローブを保持する技術に係るものである。

脳の機能を計測する技術として、機能的近赤外線分光法（functional near-infrared spectroscopy：fNIRS）が知られている。本技術では、通常、被検体の頭表に光照射用及び輝度検出用のプローブを設置する。

ここで、以下の特許文献１には、様々な被検体の頭部がなす曲面に対して上記プローブを垂直に密着保持し、当該配置を一定に保つことができる剛性の高いプロープホルダが開示されている。また、以下の特許文献２には、被検体によって個体差があり複雑な曲面形状を有する特定部位の表面の広い範囲に対し、電極部や受光部を良好かつ高密度で密着させることができる生体情報取得装置が開示されている。

特開２００９−１７８１９２号公報特開２０１７−０３５１７４号公報

上記特許文献１に示されたプローブホルダは、同文献の図４に示されるように、取り付け部８がプローブと同数必要になる構造を有しているため、多チャンネルfNIRS計測を行う際には多数のネジが必要となる。

また、上記特許文献２に示された生体情報取得装置は、同文献の段落［００３７］や図３及び図５等に示されるように、自由に湾曲するフレキシブル基板からなる連結部１７で計測サブユニット１同士が接続されている構造を有するため、異なる計測サブユニット１に含まれた受光部等の間においては正確に位置を調整することができないという課題がある。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、簡素な構成により、複数のプローブをそれらの位置関係が規定された状態で固定するプローブホルダを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、光を照射又は検出するプローブを保持しつつ、被検体の頭部に装着するプローブホルダであって、各々が隣接する３つのプローブを単一のプレートで保持する複数の基本ユニットと、それぞれ異なる基本ユニットに含まれた隣接する複数のプローブを、上記複数のプローブからの距離が等しい中心点において相互に連結する結合子を備えたプローブホルダを提供する。

本発明によれば、簡素な構成により、複数のプローブをそれらの位置関係が規定された状態で固定するプローブホルダを提供することができる。

本発明の実施の形態１に係るプローブホルダ１の構成を示す平面図である。図１に示された基本ユニット２の構造を示す断面図である。平面プレート３ａで構成された基本ユニット２ａの構造を示す断面図である。図１に示された結合子Ｃ１の第一の実施例を示す斜視図である。図４に示された結合子Ｃ１が隣接する図２に示された基本ユニット２同士を結合する場合におけるプローブホルダ１の構造を示す断面図である。図４に示された結合子Ｃ１が隣接する図２に示された剛体プレート３同士を結合する場合におけるプローブホルダ１ａの構造を示す断面図である。図４に示された結合子Ｃ１が隣接する図３に示された基本ユニット２ａ同士を結合する場合におけるプローブホルダ１ｂの構造を示す断面図である。図４に示された結合子Ｃ１が隣接する図３に示された平面プレート３ａ同士を結合する場合におけるプローブホルダ１ｃの構造を示す断面図である。図１に示された結合子Ｃ１の第二の実施例を示す斜視図である。図９に示された結合子Ｃ１ａが隣接する図２に示された基本ユニット２同士を結合する場合におけるプローブホルダ１ｄの構造を示す断面図である。図９に示された結合子Ｃ１ａが隣接する図２に示された剛体プレート３同士を結合する場合におけるプローブホルダ１ｅの構造を示す断面図である。図９に示された結合子Ｃ１ａが隣接する図３に示された基本ユニット２ａ同士を結合する場合におけるプローブホルダ１ｆの構造を示す断面図である。図９に示された結合子Ｃ１ａが隣接する図３に示された平面プレート３ａ同士を結合する場合におけるプローブホルダ１ｇの構造を示す断面図である。図１に示された結合子Ｃ１の第三の実施例を示す斜視図である。本発明の実施の形態２に係るプローブホルダ１０の構成を示す平面図である。図１５に示された結合子Ｃ２がプローブ間の距離を固定する機能を有する場合の実施例を示す斜視図である。

以下において、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係るプローブホルダ１の構成を示す平面図である。図１に示されるように、本発明の実施の形態１に係るプローブホルダ１は、三角格子上の格子点に配置され光を照射又は検出するfNIRS計測用のプローブを保持しつつ、被検体の頭部に装着するプローブホルダであって、正三角形の頂点に配置されることにより各々が隣接する３つのプローブＰＲ１〜ＰＲ３を単一のプレートで保持する複数の基本ユニット２と、それぞれ異なる基本ユニット２に含まれた隣接する複数のプローブを、上記複数のプローブからの距離が等しい中心点において相互に連結する結合子を備える。

このように、基本ユニット２は３つのプローブＰＲ１〜ＰＲ３を保持することで、これらを脚とした三点支持構造を形成することができるため、被検体の頭表において局所的な安定性を得ることができる。そして、このような構造を持つ基本ユニット２を複数個連結して一体化することにより、多チャンネルのプローブ群全体を上記頭表が有する任意の曲面上に安定的に装着させることができる。

なお、図１には６つの基本ユニット２が図示されるが、図１で示されるように連結された基本ユニット２の数を任意の自然数とすることにより、全体として多様な規模と形状を持ったプローブの多チャンネル配置が実現されることになる。

一方で、上記のような方法で複数の基本ユニット２を連結する結合子は、隣接する基本ユニット２同士を一定の距離と適切な角度で連結させる役割を担う。

図１に示されたプローブホルダ１では、結合子Ｃ１が、例えばそれぞれ異なる３つの基本ユニット２に含まれた隣接する３つのプローブＰＲ３〜ＰＲ５を、当該３つのプローブＰＲ３〜ＰＲ５からの距離が等しい中心点Ｐ１において相互に連結させ、隣接する３つの基本ユニット２同士を連結している。これにより、プローブＰＲ３〜ＰＲ５の相互距離を、プローブＰＲ１〜ＰＲ３の相互距離と近似的に等しく保つことを実現している。

図２は、図１に示された基本ユニット２の構造を示す断面図である。図２に示されるように基本ユニット２は、所定の曲率を有し、３つのプローブＰＲ１〜ＰＲ３を保持する単一の剛体プレート３を含む。図中一点鎖線はそれぞれ、略円筒形状をなすプローブＰＲ１，ＰＲ２の中心軸を示し（他図でも同じ）、頭表ＳＨに対する法線方向となるよう剛体プレート３の曲率が定められる。ここで、上記所定の曲率は、例えば被検体の頭表ＳＨが有する平均的な曲率とするのが好適である。

なお、図２は、図１におけるプローブＰＲ３から両プローブＰＲ１，ＰＲ２を見た場合における基本ユニット２の断面を図示したものであり、プローブＰＲ３の断面は省略されている。

また、上記剛体プレート３に替えて平面プレートを使用することもできるが、この場合には図３に示されるように、一点鎖線で示されたプローブの中心軸が頭表ＳＨの法線方向にできるだけ一致させるよう、プローブＰＲ１〜ＰＲ３は平面プレート３ａに対し適切な傾斜角をもって取り付けられる。以下において、結合子Ｃ１の実施例について説明する。

［実施例１］
図４は、図１に示された結合子Ｃ１の第一の実施例を示す斜視図である。図４に示されるように、結合子Ｃ１は、球状端部を持った３つの腕部４と、上記球状端部を内蔵すると共に中心軸の周りにおいて１２０度の間隔で形成され、腕部４の幅と同じ幅を持つスリットに３つの腕部４を嵌合させるキャップ部５と、キャップ部５の直上に配置されるОリング６と、Оリング６を介して腕部４とキャップ部５を上下から締結させる凹ネジ７及び凸ネジ８を含む。ここで３つの腕部４はそれぞれ、上記構造により一点鎖線で示された中心軸方向において上下の向きに可動であるが、さらに、上記各腕部の軸周りにねじれることが可能な材質により形成されている。

このような構造を有する結合子Ｃ１によれば、スリットの高さが腕部４の可動域となることから、３つの腕部４を上から見たときの腕部４間の角度（面内角度）を一定に保ちながら側面から見た角度（側面角度）を調整することができる。すなわち、プローブホルダ１を被検体の頭部に装着させた後に凹ネジ７及び凸ネジ８を締めることで、相互間の面内角度を保ったまま適切な側面角度に調整した上で、プローブ群を被検体の頭部に固定することができる。

ここで、図４に示された結合子Ｃ１は、その腕部４が、図５に示されるようにプローブＰＲ１，ＰＲ７に接合され、若しくは図６に示されるように剛体プレート３に接合される。なお、図４に示された結合子Ｃ１は、図７や図８に示されるように、剛体プレート３の替わりに図３に示された平面プレート３ａで構成された基本ユニット２ａを結合することも可能であることは言うまでもない。

［実施例２］
図９は、図１に示された結合子Ｃ１の第二の実施例を示す斜視図である。図９に示されるように、本実施例に係る結合子Ｃ１ａは、面内角度が１２０度の間隔で３本の腕部４ａを持ち、熱可塑性樹脂により一体成型された三股の板状構造物からなる。なお、上記の面内角度や腕部４ａの数は、結合子Ｃ１により結合されるプローブの数に応じて種々の値を取り得る。

上記熱可塑性樹脂としては、例えば特開２００６−１３１７１６号公報に記載された樹脂が使用される。本樹脂は、約４０℃に温めることで変形し、常温へ冷却することで速やかに硬化させることができる。

本実施例に係る結合子Ｃ１ａによれば、当該プローブホルダを被検体が装着する際、体温やドライヤー等の熱により上記樹脂を軟化させ、当該被検体の頭部の形状に合わせて腕部４ａの曲率を調整した後に室温へ冷却して硬化させることにより、腕部４ａに接合されたプローブ相互の面内角度を一定に保ちつつプローブホルダを安定して装着することができる。

ここで、結合子Ｃ１ａは、その腕部４ａが、図１０に示されるようにプローブＰＲ１，ＰＲ７に接合され、若しくは図１１に示されるように剛体プレート３に接合される。なお、図９に示された結合子Ｃ１ａは、図１２や図１３に示されるように、剛体プレート３の替わりに図３に示された平面プレート３ａで構成された基本ユニット２ａを結合することも可能であることは言うまでもない。

［実施例３］
図１４は、図１に示された結合子Ｃ１の第三の実施例を示す斜視図である。図１４に示されるように、本実施例に係る結合子Ｃ１ｂは、上記熱可塑性樹脂からなるＩ字型の板状構造物９を正三角形状に接合した構造を有する。

ここで、結合子Ｃ１ｂは、被検体の頭部に沿って湾曲させた際に３つの板状構造物９がなす三角形の内角を広げることができるよう、一点鎖線で示されたプローブ中心軸に対して自由に回転できる状態で板状構造物９同士が接合されている。

本実施例に係る結合子Ｃ１ｂによれば、被検体の頭表がどのような曲面であってもプローブ間の距離を一定に保つことができる。

以上より、本発明の実施の形態１に係るプローブホルダ１によれば、複数の基本ユニット２を相互の角度や距離を規定する結合子Ｃ１で連結して固定できる構成を備えるため、簡素な構成により、被検体の頭部が有する任意の曲面に対して一定の厳密性を担保しつつプローブＰＲ１〜ＰＲ５の配置を調整した上で、プローブＰＲ１〜ＰＲ５及びプローブホルダ１を一体的に高剛性なものとすることができる。そして、このことによって、被検体の頭部において、プローブＰＲ１〜ＰＲ５の高度かつ安定的な保持を実現することができる。

［実施の形態２］
図１５は、本発明の実施の形態２に係るプローブホルダ１０の構成を示す平面図である。図１５に示されるように、本発明の実施の形態２に係るプローブホルダ１０は、正方格子上の格子点に配置され光を照射又は検出するfNIRS計測用のプローブを保持しつつ、被検体の頭部に装着するプローブホルダであって、例えば直角二等辺三角形の頂点に配置されることにより各々が隣接する３つのプローブＰＲ１１〜ＰＲ１３を単一のプレートで保持する複数の基本ユニット１２と、例えばそれぞれ異なる基本ユニット１２に含まれた隣接する複数のプローブＰＲ１３〜ＰＲ１６を、上記複数のプローブＰＲ１３〜ＰＲ１６からの距離が等しい中心点Ｐ２において相互に連結する結合子Ｃ２を備える。

このように、基本ユニット１２は３つのプローブを保持することで、これらを脚とした三点支持構造を形成することができるため、被検体の頭表において局所的な安定性を得ることができる。そして、このような構造を持つ基本ユニット１２を複数個連結して一体化することにより、多チャンネルのプローブ群全体を上記頭表が有する任意の曲面上に安定的に装着させることができる。

なお、図１５には８つの基本ユニット１２が図示されるが、図１５で示されるように連結された基本ユニット１２の数を任意の自然数とすることにより、全体として多様な規模と形状を持ったプローブの多チャンネル配置が実現されることになる。

一方で、上記のような方法で複数の基本ユニット１２を連結する結合子は、隣接する基本ユニット１２同士を一定の距離と適切な角度で連結させる役割を担う。

図１５に示されたプローブホルダ１０では、結合子Ｃ２が、上記のように例えばそれぞれ異なる４つの基本ユニット１２に含まれた隣接する４つのプローブＰＲ１３〜ＰＲ１６を、当該４つのプローブＰＲ１３〜ＰＲ１６からの距離が等しい中心点Ｐ２において相互に連結させることにより、隣接する４つの基本ユニット１２同士を連結している。

ここで、図１５に示された結合子Ｃ２としては、上記の実施の形態１に係る実施例１〜３と同様な実施例を採用することができる。すなわち、上記実施例１に対応して、図４に示された結合子Ｃ１の腕部４の数を４つに増やした結合子を用いることで、上記実施例１と同様な作用効果を得ることができる。なお、この場合には、キャップ部５のスリットは面内において９０度の間隔で形成される。

また、上記実施例２に対応して、図９に示された結合子Ｃ１ａの腕部４ａの数を４つに増やした結合子を用いることで、上記実施例２と同様な作用効果を得ることができる。なお、この場合、４つの腕部４ａは面内角度が９０度の間隔で形成される。

また、上記実施例３に対応して、結合させる４つのプローブＰＲ１３〜ＰＲ１６相互間の面内距離を一定に保つための図１６に示された結合子Ｃ２ｂを用いることで、上記実施例３と同様な作用効果を得ることができる。

なお、結合子Ｃ２ｂは、図１６に示されるように、上記熱可塑性樹脂からなるＩ字型の４つの板状構造物１１を正方形状に接合し、さらに当該正方形の対角線をなすように板状構造物１２を接合した構造を有する。

以上より、本発明の実施の形態２に係るプローブホルダ１０によっても、実施の形態１に係るプローブホルダ１と同様に、複数の基本ユニット１２を相互の角度や距離を規定する結合子Ｃ２で連結して固定できる構成を備えるため、簡素な構成により、被検体の頭部が有する任意の曲面に対して一定の厳密性を担保しつつプローブＰＲ１１〜ＰＲ１６の配置を調整した上で、プローブＰＲ１１〜ＰＲ１６及びプローブホルダ１０を一体的に高剛性なものとすることができる。そして、このことによって、被検体の頭部において、プローブＰＲ１１〜ＰＲ１６の高度かつ安定的な保持を実現することができる。

１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ，１ｇ，１０プローブホルダ
２，２ａ，１２基本ユニット
３剛体プレート
３ａ平面プレート
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ１ａ，Ｃ１ｂ，Ｃ２ｂ結合子
ＰＲ１〜ＰＲ５，ＰＲ７，ＰＲ１１〜ＰＲ１６プローブ

Claims

光を照射又は検出するプローブを保持しつつ、被検体の頭部に装着するプローブホルダであって、
各々が隣接する３つの前記プローブを単一のプレートで保持する複数の基本ユニットと、
それぞれ異なる前記基本ユニットに含まれた隣接する複数の前記プローブを、前記複数の前記プローブからの距離が等しい中心点において相互に連結する結合子を備えたプローブホルダ。
前記複数の前記プローブは３つ又は４つのプローブからなる、請求項１に記載のプローブホルダ。
前記プレートは、所定の曲率を有する剛体プレートである、請求項１に記載のプローブホルダ。
前記プレートは、平面プレートである、請求項１に記載のプローブホルダ。
前記結合子は、前記複数の前記プローブ間の面内角度を保ったまま側面角度を調整する、請求項１に記載のプローブホルダ。
前記結合子は、熱可塑性樹脂からなり、前記複数の前記プローブ間の面内角度を一定に保つ、請求項１に記載のプローブホルダ。
前記結合子は、前記プローブに接合される、請求項５又は６に記載のプローブホルダ。
前記結合子は、前記３つの前記プローブを保持するプレートに接合される、請求項５又は６に記載のプローブホルダ。
前記結合子は、前記複数の前記プローブ間の面内距離を一定に保つ、請求項１に記載のプローブホルダ。