JP2005169141A - Organism activity measurement system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、脳活動など生体の機能を示す生体活動を非侵襲的に計測する生体活動計測装置に関するものである。 The present invention relates to a life activity measuring apparatus that non-invasively measures a life activity indicating a function of a living body such as brain activity.
従来、近年、脳活動など生体の機能を示す生体活動を非侵襲的に計測する装置やシステムが種々開発されており、例えば核磁気共鳴法（ＭＲＩ；Magnetic Resonance Imaging）、磁束計（ＳＱＵＩＤ；superconducting
quantum interference device）、ポジトロン断層法（ＰＥＴ：positron
emission tomography）等の技術を適用したものが知られている。
In recent years, various apparatuses and systems have been developed for non-invasive measurement of biological activities such as brain activity, such as brain activity, such as nuclear magnetic resonance (MRI), magnetic resonance imaging (SQUID), and superconducting.
quantum interference device), positron tomography (PET)
A technique using a technique such as emission tomography) is known.
しかしながら、これらのようなものは、ほぼ閉塞された装置の中で計測が行われるものであるため、例えば運動をしながら脳活動を計測するようなことができないという問題点があり、この問題点を解決するものとして、近年、非侵襲的な計測が可能であり、且つ運動しながらの脳活動計測を可能とする生体活動計測装置の一つとして光を利用したもの、より具体には近赤外線分光法（ＮＩＲＳ；near-infrared spectroscopy）を適用したものが開発され注目されている。 However, since these are measured in a device that is almost closed, there is a problem that it is impossible to measure brain activity while exercising, for example. In recent years, non-invasive measurement is possible, and light is used as one of life activity measurement devices that can measure brain activity while exercising. A device using near-infrared spectroscopy (NIRS) has been developed and attracts attention.
このものは、被験者の身体の所定部位に所定波長の照射光を照射し、この所定波長の照射光に対応して脳で反射される反射光の強度から被験者の生体機能を示す生体活動を計測するものであり、具体的には前記照射赤外線として、皮膚組織及び骨組織は透過し且つ血液中のオキシヘモグロビン及びデオキシヘモグロビンに吸収される波長の近赤外線を利用して光学的に所定部位における前記オキシヘモグロビン濃度、デオキシヘモグロビン濃度及びこれらオキシヘモグロビン及びデオキシヘモグロビン総濃度であるヘモグロビン濃度を測定し、これらの経時的な濃度変化から導き出される脳内の血行動態変化によって脳活動を計測するものである。 This irradiates a predetermined part of the subject's body with irradiation light of a predetermined wavelength, and measures the biological activity indicating the biological function of the subject from the intensity of the reflected light reflected by the brain in response to the irradiation light of the predetermined wavelength Specifically, as the irradiation infrared rays, the near-infrared light having a wavelength that penetrates skin tissue and bone tissue and is absorbed by oxyhemoglobin and deoxyhemoglobin in blood is optically used in the predetermined region. The oxyhemoglobin concentration, deoxyhemoglobin concentration and hemoglobin concentration which is the total concentration of oxyhemoglobin and deoxyhemoglobin are measured, and the brain activity is measured by the hemodynamic change in the brain derived from the change in the concentration over time.
そして、その計測においては、前記照射光を照射するとともに、一旦頭部内に透過されて脳で反射された出射光を検出するために、光源と接続する照射用光ファイバと、検出装置に接続する検出用光ファイバとを含むライトガイドを備えた計測用装着具を頭部に装着して計測するものである。 And in the measurement, in order to irradiate the irradiation light and to detect the emitted light once transmitted into the head and reflected by the brain, it is connected to an irradiation optical fiber connected to a light source and a detection device. A measurement wearing tool provided with a light guide including a detection optical fiber is attached to the head for measurement.
ところが、このような構成のものであると、ところが、このようなものであると、上記のように頭部に計測用装着具を装着した状態で計測が行われるため、不快感を覚える被験者もいるという不具合があった。また、このような装着具を装着作業が面倒であるとともにその分時間を要してしまうため、この点においても被験者に負担をかけてしまい、計測者にとってもその作業が面倒なものとなっていた。さらに、装着具を付けるのが困難な乳児や、重病人、頭部に怪我をしている人等の計測が難しいという不具合もあった。そして、このような不具合は、脳活動を計測する場合のみならず、身体の種々の部位において生体活動を計測する際にも生じ得るものである。 However, with such a configuration, however, with such a configuration, since the measurement is performed with the measurement wearing device mounted on the head as described above, some subjects feel uncomfortable. There was a problem of being. In addition, the wearing work of such a wearing tool is troublesome and time is required, and this also places a burden on the subject and makes the work troublesome for the measurer. It was. In addition, there is a problem that it is difficult to measure infants who are difficult to wear wearing devices, seriously ill persons, persons with injured heads, and the like. Such inconveniences can occur not only when measuring brain activity, but also when measuring biological activity at various parts of the body.
そこで、被験者と非接触な状態で生体活動を計測することが可能であり被験者に対して不快感を与えないような生体活動計測装置を提供するものである。 Therefore, the present invention provides a life activity measuring apparatus that can measure life activity in a non-contact state with a subject and does not cause discomfort to the subject.
すなわち、請求項１に係る発明は、被験者の身体における所定領域である計測領域内の所定部位に所定波長の赤外線又は近赤外線からなる照射光を照射し、前記照射光に対応して身体から出射される赤外線又は近赤外線からなる出射光の強度を検出して生体機能を示す生体活動を前記計測領域内の所定部位を露出させることなく計測する生体活動計測装置であって、前記照射、検出など生体活動の計測に係る制御や処理を行う制御部を有し、前記照射光を被験者に対して所定距離離間した位置から、すなわち被験者に接触させず且つ非侵襲の状態で前記計測領域の所定部位に照射する照射部と、前記出射光の強度を被験者から所定距離離間した位置で、すなわち被験者に接触させず且つ非侵襲の状態で検出してその出射光強度を示す出射光検出信号を出力する検出部とを備えている生体活動計測装置である。 That is, the invention according to claim 1 irradiates a predetermined region in a measurement region, which is a predetermined region in the body of a subject, with irradiation light composed of infrared rays or near infrared rays of a predetermined wavelength, and emits the light from the body corresponding to the irradiation light. A biological activity measuring device that detects the intensity of emitted light composed of infrared rays or near infrared rays to measure a biological activity indicating a biological function without exposing a predetermined part in the measurement region, the irradiation, detection, etc. A control unit that performs control and processing related to measurement of life activity, and a predetermined portion of the measurement region from a position separated from the subject by a predetermined distance, that is, without contacting the subject and in a non-invasive state And an emitted light detector that detects the intensity of the emitted light at a position separated from the subject by a predetermined distance, that is, without contacting the subject and in a non-invasive state. It is a biological activity measuring apparatus and a detecting section for outputting a signal.
ここで、「生体機能を示す」とは、生体内物質の分布や濃度の変化などの種々の生体内動態変化に基づいて生体の機能すなわち働きを示す又は示唆するもののことであり、生体の所定部分の形態や形状のみを示すものを指すものではないものとする。 Here, “indicating a biological function” refers to an indication or suggestion of a biological function, that is, a function based on various changes in biological dynamics such as changes in the distribution and concentration of substances in the biological body. It is not intended to indicate only the form or shape of the part.
また、出射光は、照射光の赤外線又は近赤外線と同じ波長のもののであってもよいし、例えば照射光に励起されることによって発生する別の波長の赤外線又は近赤外線からなる光であってもよい。また、照射されて散乱する光であってもよい。 Also, the emitted light may be of the same wavelength as the infrared light or near infrared light of the irradiation light, for example, light composed of infrared or near infrared light of another wavelength generated by being excited by the irradiation light. Also good. Moreover, the light which is irradiated and is scattered may be sufficient.
このような装置であれば、被験者に対して照射部及び検出部を非接触な状態で、生体活動を計測することが可能になり、すなわち被験者に不快感を与えることなく生体活動を計測することができるようになる。また、計測に際して、被験者に計測のための装着具を取り付ける時間も削減できるため、この点においても被験者に負担をかけないで済むとともに計測者の装着作業に係る負担を無くしてスムーズな計測を可能とする。また、このように被験者に対して非接触な計測を実現することで、従来のような装着具を装着するのが困難である乳児、老人、重病人及び計測領域に傷を負っている人など種々の被験者に対応することができるようになる。また、リハビリテーションに使用する際にも好適なものとなる。 With such an apparatus, it is possible to measure the biological activity in a state in which the irradiation unit and the detection unit are not in contact with the subject, that is, measure the biological activity without causing discomfort to the subject. Will be able to. In addition, since the time for attaching the measurement equipment to the subject can be reduced during measurement, there is no need to place a burden on the subject in this respect as well, and the measurement work can be performed smoothly without any burden on the measurement person. And In addition, by realizing non-contact measurement with respect to the subject in this way, infants, elderly people, seriously ill persons, persons who are injured in the measurement area, etc. who are difficult to wear conventional wearing devices, etc. It becomes possible to deal with various subjects. It is also suitable for use in rehabilitation.
また、請求項２記載に係る発明は、生体活動たる脳活動を計測するものとして、被験者の身体たる脳における所定領域である計測領域内の所定部位に所定波長の赤外線又は近赤外線からなる照射光を照射し、前記照射光に対応して身体から出射される赤外線又は近赤外線からなる出射光の強度を検出して生体機能たる脳機能を示す生体活動を計測する生体活動計測装置であって、前記照射、検出など生体活動の計測に係る制御や処理を行う制御部を有し、前記照射光を被験者に対して所定距離離間した位置から、すなわち被験者に接触させず非侵襲の状態でその被験者の脳における前記計測領域の所定部位に照射する照射部と、前記出射光の強度を被験者から所定距離離間した位置で、すなわち被験者に接触させず且つ非侵襲の状態で検出してその出射光強度を示す出射光検出信号を出力する検出部とを備えている生体活動計測装置である。
Further, the invention according to
このようなものであれば、被験者に頭部に計測のための装着具を装着する等の不快感を与えることなく、脳機能を示す脳活動を計測することができるようになる。頭部に従来のような装着具を装着すると毛髪が引っ張られるような場合もあり、装着具を装着する不快感を強く感じる被験者もあり、本願発明の脳活動を計測する生体活動計測装置が、計測の際に装着具をせずともよいという効果は極めて有効である。また、計測に際して、頭部に従来のような装着具を取り付ける時間も削減できるため、この点においても被験者に負担をかけないで済むとともに計測者の装着作業に係る負担を無くしてスムーズな計測を可能とする。また、このように被験者に対して非接触な計測を実現することで、従来のような装着具を装着するのが困難である乳児、老人、重病人及び計測領域に傷を負っている人など種々の被験者に対応することが可能となる。さらに、近年、脳活動を計測しながらのリハビリテーションが行われることが多くみられるようになったが、このように非接触状態での脳活動計測を可能にすることを計測しながら行うリハビリテーションを、被験者に対して頭部の不快感を与えないように実施することができるようになる。 If it is such, it will become possible to measure the brain activity which shows a brain function, without giving an unpleasant feeling, such as mounting | wearing the test subject with the mounting tool for a measurement here. When wearing a conventional wearing device on the head, the hair may be pulled, there are also subjects who strongly feel discomfort wearing the wearing device, the biological activity measuring device for measuring brain activity of the present invention, The effect that it is not necessary to wear a wearing tool at the time of measurement is extremely effective. In addition, since the time for attaching a conventional wearing tool to the head can be reduced during measurement, it is not necessary to place a burden on the subject in this respect, and the measurement work can be performed smoothly without any burden on the measuring person. Make it possible. In addition, by realizing non-contact measurement with respect to the subject in this way, infants, elderly people, seriously ill persons, persons who are injured in the measurement area, etc. who are difficult to wear conventional wearing devices, etc. It is possible to deal with various subjects. Furthermore, in recent years, it has become common to perform rehabilitation while measuring brain activity. In this way, rehabilitation performed while measuring the ability to measure brain activity in a non-contact state, It becomes possible to carry out without giving the subject a discomfort of the head.
さらに、このように脳活動を計測する生体活動計測装置を、従来のｆＭＲＩなどにおいては調べることが困難であった部位における脳活動を計測して有効に利用するためには、照射部を、前記照射光を被験者の額を通じて脳の所定部位たる前頭葉部分に対して照射するように構成するとともに、検出部が前記前頭葉部分から額を通じて出射された前記出射光の強度を検出するように構成すると望ましい。このようなものであれば、鼻の上方の空隙部分に存在する空気のために、従来のＭＲＩなどにおいては調べることが困難であった前頭葉の生体活動を計測することができるようになる。 Furthermore, in order to effectively use the biological activity measuring apparatus that measures brain activity in this manner by measuring brain activity in a region that has been difficult to investigate in conventional fMRI or the like, Desirably, the irradiation light is configured to irradiate the frontal lobe part, which is a predetermined part of the brain, through the forehead of the subject, and the detection unit is configured to detect the intensity of the emitted light emitted from the frontal lobe part through the forehead. . With such a configuration, it is possible to measure the frontal lobe life activity, which has been difficult to examine by conventional MRI or the like, due to the air present in the space above the nose.
そして、このようなものにおいて、照射部の具体的態様としては、照射光を、前記計測領域のほぼ全域を同時に照射するように構成したもの、照射光を、前記計測領域中の一の所定ポイントに対して照射するように構成したもの、照射光を、前記計測領域中の複数の所定ポイントに対して順次照射するように構成したものが挙げられる。 And in such a thing, as a specific aspect of an irradiation part, what comprised the irradiation light to irradiate substantially the whole whole area | region simultaneously, and the irradiation light is one predetermined point in the said measurement area | region. And a configuration configured to sequentially irradiate a plurality of predetermined points in the measurement region with irradiation light.
一方、検出部の具体的態様としては、計測領域から出射される出射光の強度を、計測領域のほぼ全域について同時に検出するように構成したもの、計測領域から出射される出射光の強度を、計測領域内の所定ポイント毎に順次検出するように構成したものが挙げられる。そして、この検出部と、前記照射部とのそれぞれの態様を組み合わせることが可能である。 On the other hand, as a specific aspect of the detection unit, the intensity of the emitted light emitted from the measurement region is configured to detect the entire area of the measurement region at the same time, the intensity of the emitted light emitted from the measurement region, A configuration configured to sequentially detect every predetermined point in the measurement region is exemplified. And it is possible to combine each aspect of this detection part and the said irradiation part.
このような生体活動計測装置を機能的なものとするためには、制御部に、検出部から出力された光検出信号を処理して前記身体の所定部位の生体機能に影響を及ぼす物質やその要因となる物質であるパラメータ物質の分布や濃度変化などの動態を示す又は示唆するパラメータ物質動態データを生成するパラメータ物質動態データ生成手段としての機能を設けることが望ましい。 In order to make such a life activity measuring device functional, the control unit processes the light detection signal output from the detection unit and affects the biological function of the predetermined part of the body or its It is desirable to provide a function as parameter substance kinetic data generation means for generating parameter substance kinetic data indicating or suggesting kinetics such as distribution and concentration change of the parameter substance which is a factor.
また、より使用勝手を向上させるためには、本願発明の装置自体にディスプレイを備えて、制御部に、このディスプレイに前記パラメータ物質動態データを表示させる表示手段を設けることが望ましい。 In order to further improve usability, it is desirable that the device itself of the present invention is provided with a display, and the control unit is provided with display means for displaying the parameter substance dynamic data on the display.
このディスプレイに表示されるパラメータ物質動態データが、数値データやグラフ化されたデータ等であっても構わないが、計測する生体活動を簡単に判別できるようにするためには、制御部に、パラメータ物質動態データを、計測領域内のパラメータ物質の分布や濃度乃至濃度変化などを２次元画像として表示する生体機能画像データに加工する画像データ生成手段を設け、前記表示手段に、さらにこの画像データ生成手段で加工生成された生体機能画像データを表示部に表示する機能を備えることが望ましい。 The parameter substance dynamics data displayed on the display may be numerical data, graphed data, or the like, but in order to be able to easily determine the biological activity to be measured, Image data generating means for processing the material dynamics data into biological function image data for displaying the distribution and concentration or concentration change of the parameter substance in the measurement region as a two-dimensional image is provided, and the display means further generates the image data It is desirable to have a function of displaying the biological function image data processed and generated by the means on the display unit.
また、生体機能画像がどの部位を計測したものあるかを明確にするとともに、生体機能画像をより解りやすく表示するためには、前記計測領域に対応する身体の外表面の凹凸を測定しこの外表面の凹凸の状態を示す外表面形状データを出力する外表面形状測定部を設けるとともに、制御部に、前記外表面形状測定部で測定され出力された外表面形状データから、前記計測領域に対応する外表面を３次元画像として表示する計測領域３次元画像データを生成する計測領域３次元画像データ生成手段をさらに設けて、表示手段を、この計測領域３次元画像データ生成手段で生成された計測領域３次元画像データと、前記生体機能画像データとをディスプレイ上で重ね合わせて表示するように構成することが望ましい。 In addition, in order to clarify which part of the biofunction image is measured and to display the biofunction image more easily, the unevenness of the outer surface of the body corresponding to the measurement region is measured and An outer surface shape measuring unit that outputs outer surface shape data indicating the state of surface irregularities is provided, and the control unit corresponds to the measurement region from the outer surface shape data measured and output by the outer surface shape measuring unit. A measurement region for displaying the outer surface to be displayed as a three-dimensional image; a measurement region for generating three-dimensional image data; and a three-dimensional image data generating unit for generating the measurement region. It is desirable that the region three-dimensional image data and the biological function image data are displayed so as to overlap each other on a display.
また、生体機能画像がどの部位計測したものあるかを明確にするための別の態様としては、前記生体機能画像データを、ＭＲＩなど他の医療画像診断装置で生成された前記計測領域と略同領域の生体形態画像データ若しくは生体機能画像データと合成して表示する機能を備えたものが挙げられる。 Further, as another aspect for clarifying which part of the biofunction image is measured, the biofunction image data is substantially the same as the measurement region generated by another medical image diagnostic apparatus such as MRI. Examples include those having a function of combining and displaying biomorphic image data or biofunction image data of a region.
さらに、一旦計測して得た生体機能画像データを後に計測して得られる生体機能と比較するなど有効に活かすためには、生体機能画像データ及びこの生体機能画像データに基づいて加工又は合成されたデータを蓄積する蓄積手段を設けることが望ましい。さらに、このような画像データを他の情報処理装置の表示装置に表示させ、また他の情報処理装置でデータ処理を行うことができるようにするためには、これら生体機能画像データ及びこの生体機能画像データに基づいて加工又は合成されたデータを例えばＴＩＦＦ形式やＧＩＦ形式など、汎用の画像データ形式で蓄積する生体機能画像データ蓄積手段を設けておくことが望ましい。 Furthermore, in order to make effective use of biofunction image data once measured and compared with biofunction obtained later, the biofunction image data and the biofunction image data are processed or synthesized based on this biofunction image data. It is desirable to provide storage means for storing data. Furthermore, in order to display such image data on a display device of another information processing apparatus and to perform data processing in the other information processing apparatus, the biofunction image data and the biofunction It is desirable to provide biological function image data storage means for storing data processed or synthesized based on image data in a general-purpose image data format such as TIFF format or GIF format.
また、生体機能画像としての具体的態様としては、血行動態変化を示すものが挙げられる。その他、ニューロンの電位変化や例えば糖等の代謝物質等を示すものであってもよい。また、ガンなどの病気を特定するために、特定物質の濃度変化などを示すようなものであってもよい。 Moreover, what shows a hemodynamic change is mentioned as a specific aspect as a biological function image. In addition, it may indicate a change in potential of a neuron or a metabolite such as sugar. In addition, in order to specify a disease such as cancer, a change in the concentration of a specific substance may be indicated.
そして、このように生体機能画像が、血行動態変化を示すように実現化する具体的態様としては、パラメータ物質が、オキシヘモグロビン及びデオキシヘモグロビンであり、パラメータ物質動態データ生成手段が、これらオキシヘモグロビン及びデオキシヘモグロビンの動態を示すパラメータ物質動態データを生成するものであり、画像データ生成手段が、このヘモグロビン動態データを生体機能たる血行動態変化を示す画像データとして加工するように構成したものが挙げられる。 As a specific embodiment for realizing the biological function image so as to show hemodynamic changes in this way, the parameter substance is oxyhemoglobin and deoxyhemoglobin, and the parameter substance kinetic data generation means includes these oxyhemoglobin and The parameter substance kinetic data which shows the dynamics of deoxyhemoglobin is produced | generated, and what comprised the image data production | generation means to process this hemoglobin kinetic data as image data which shows the hemodynamic change which is a biological function is mentioned.
また、このようにオキシヘモグロビン又はデオキシヘモグロビンをパラメータ物資としてその動態を計測するようなものにおいては、照射光として、オキシヘモグロビン又はデオキシヘモグロビンに吸収されて且つこれらオキシヘモグロビン又はデオキシヘモグロビンのそれぞれの分子吸光係数が異なる波長の近赤外線を採用すると好ましい。近赤外線は、水、脂肪及び蛋白質など生体を構成する物質にほとんど吸収されずヘモグロビンに強く吸収されるために、皮膚組織や骨組織は透過し体内の血管中のオキシヘモグロビン及びデオキシヘモグロビンの動態を計測するのに好適だからである。この分子吸光係数をモル吸光係数に置き換えてもよいのは勿論である。 In addition, in the case of measuring the kinetics of oxyhemoglobin or deoxyhemoglobin as a parameter material in this way, as irradiating light, it is absorbed by oxyhemoglobin or deoxyhemoglobin and the molecular absorption of each of these oxyhemoglobin or deoxyhemoglobin. It is preferable to employ near infrared rays having different wavelengths. Near-infrared light is hardly absorbed by substances that make up the living body such as water, fat, and protein, but is strongly absorbed by hemoglobin.Thus, skin tissue and bone tissue are transmitted, and the behavior of oxyhemoglobin and deoxyhemoglobin in the blood vessels in the body is increased. This is because it is suitable for measurement. Of course, this molecular extinction coefficient may be replaced with a molar extinction coefficient.
また、このように所定距離離間した位置で所定波長の赤外線又は近赤外線からなる光を検出することを実現するための、検出部の構成の具体的な一態様としては、出射光を受け付ける受付部を有し、この受付部に出射光が受け付けられる前に、身体の所定部位から出射された光から出射光を分離する波長後分離機構を備えたものが挙げられる。一方、照射部としては、複数波長を有する光を照射する照射源と、この照射源より照射される光から、前記所定波長の照射光を分離する波長分離機構とを備えるように構成したものであってもよい。その他、照射源から照射される照射光を分光せずにそのまま照射するようなものであってもよい。 In addition, as a specific aspect of the configuration of the detection unit for detecting light composed of infrared rays or near infrared rays having a predetermined wavelength at positions separated by a predetermined distance as described above, a reception unit that receives emitted light is provided. And a post-wavelength separation mechanism that separates the emitted light from the light emitted from a predetermined part of the body before the received light is received by the receiving unit. On the other hand, the irradiation unit is configured to include an irradiation source that irradiates light having a plurality of wavelengths, and a wavelength separation mechanism that separates the irradiation light of the predetermined wavelength from the light irradiated from the irradiation source. There may be. In addition, the irradiation light irradiated from the irradiation source may be irradiated as it is without being split.
また、本発明の生体活動計測装置を有効に活かす態様としては、さらに被験者が略定位置で脚部を動作可能なトレッドミルや固定自転車であるエルゴメータなどの運動負荷器械を備え、照射部を、前記運動負荷器械で運動している被験者の身体から所定距離離間した位置から当該被験者に非接触且つ非侵襲で照射光を照射するように構成するとともに、検出部を、運動負荷器械で運動している被験者の身体から出射した出射光の強度を、その被験者の身体から所定距離離間した位置で当該被験者に非接触且つ非侵襲で検出するように構成してもよい。このようなものであれば、身体に対して計測のための装着具を付けなくともよく、被験者を運動に集中し易くしてより正確な計測が可能となる。 In addition, as an aspect of effectively utilizing the life activity measuring device of the present invention, the subject further includes a treadmill capable of operating the legs at a substantially fixed position and an exercise load instrument such as an ergometer which is a fixed bicycle, and the irradiation unit, It is configured to irradiate the subject with irradiation light in a non-contact and non-invasive manner from a position separated from the body of the subject who is exercising with the exercise load instrument, and the detector is moved with the exercise load instrument. You may comprise so that the intensity | strength of the emitted light radiate | emitted from the body of a test subject may be detected non-contactingly and non-invasively to the test subject at a position spaced a predetermined distance from the test subject's body. If it is such, it is not necessary to attach the mounting tool for a measurement with respect to a body, and it becomes easy to concentrate a test subject on an exercise | movement and more accurate measurement is attained.
また、計測のための検査室へ行くのが困難な重傷患者、老人、幼児などの生体活動の計測をも可能とするためには、照射部が、寝ている状態の被験者の身体の上方の所定距離離間した位置から当該被験者に非接触且つ非侵襲で照射光を照射するように構成するとともに、検出部を、その寝ている状態の被験者の身体から出射した出射光を、その被験者の身体に対して上方の所定距離離間した位置で当該被験者に非接触且つ非侵襲で検出するように構成するようにすれば好適である。このようなものにおいて、さらにベッドとともに移動できるように構成すれば、搬送中の患者の生体活動の計測もできるようになる。 In addition, in order to be able to measure the life activity of seriously injured patients, elderly people, infants, etc. who are difficult to go to the laboratory for measurement, the irradiation unit is located above the body of the subject who is sleeping. The subject is configured to irradiate the subject with non-contact and non-invasive irradiation light from a position separated by a predetermined distance, and the detection unit emits the emitted light emitted from the subject's body in the sleeping state. If it is configured to detect the subject in a non-contact and non-invasive manner at a position spaced a predetermined distance above. In such a thing, if it is comprised so that it can move with a bed further, it will become possible to measure a patient's life activity during conveyance.
本発明の請求項１に係る発明によれば、被験者に対して照射部及び検出部を非接触且つ非侵襲な状態で、生体活動を計測することが可能になり、すなわち被験者に不快感を与えることなく生体活動を計測することができる。また、計測に際して、被験者に計測のための装着具を取り付ける時間も削減でき、この点においても被験者に負担をかけないで済む。そして計測者の装着作業に係る負担を無くしてスムーズな計測を可能とする。また、このように被験者に対して非接触な計測を実現することで、従来のような装着具を装着するのが困難である乳児、老人、重病人及び計測領域に傷を負っている人など種々の被験者に対応することができる。さらに、リハビリテーション及びその効果の判定に使用する際にも好適である。 According to the first aspect of the present invention, it is possible to measure the biological activity in a non-contact and non-invasive state of the irradiation unit and the detection unit with respect to the subject, that is, the subject is uncomfortable. Life activity can be measured without any problem. Further, it is possible to reduce the time for attaching the wearing tool for measurement to the subject at the time of measurement, and it is not necessary to place a burden on the subject in this respect. Then, it is possible to perform smooth measurement by eliminating the burden associated with the wearing operation of the measurer. In addition, by realizing non-contact measurement with respect to the subject in this way, infants, elderly people, seriously ill persons, persons who are injured in the measurement area, etc. who are difficult to wear conventional wearing devices, etc. A variety of subjects can be accommodated. Furthermore, it is also suitable for use in rehabilitation and determination of its effects.
また、本願請求項２に係る発明によれば、被験者に頭部に、従来のような計測のための装着具を装着する等の不快感を与えることなく、脳機能を示す脳活動を計測することができる。また、計測に際して、頭部に従来のような装着具を取り付ける時間も削減できるため、この点においても被験者に負担をかけないで済むとともに計測者の装着作業に係る負担を無くしてスムーズな計測を可能とする。また、このように被験者の頭部に対して非接触且つ非侵襲な計測を実現することで、従来のような装着具を装着するのが困難である乳児、老人、重病人及び計測領域に傷を負っている人など種々の被験者に対応することが可能となる。さらに、近年、脳活動を計測しながらのリハビリテーションが行われることが多くみられるようになったが、このように非接触状態での脳活動計測を可能にすることを計測しながら行うリハビリテーション及びその効果の判定を、被験者に対して頭部の不快感を与えないように実施することができる。
Further, according to the invention according to
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
（第１実施形態） 図１に示した生体活動計測装置たる脳活動計測装置Ａは、被験者Ｐの脳の所定領域である計測領域内の所定部位に所定波長の照射光を照射して、前記照射光が一旦透過され脳から出射される出射光たる所定波長の反射光の強度を検出して前記被験者Ｐの脳機能を示す生活活動を計測する生体活動計測装置である。なお、本実施形態の脳活動計測装置Ａにおいては、脳活動を、脳の血行動態変化を観察することで計測するようにしており、この血行動態変化を示すパラメータ物質として、オキシヘモグロビン及びデオキシヘモグロビンを選択し、これらオキシヘモグロビン及びデオキシヘモグロビンの動態を観察するように構成している。そして、前記照射光の波長として、オキシヘモグロビン及びデオキシヘモグロビンに吸収されそれぞれの分子吸光係数が異なる例えば７８０ｎｍ及び８３０ｎｍの２種類の近赤外線を採用しており、反射光もこの照射光と同波長の近赤外線となる。なお、照射光は、これ以外の波長のものでも３種類以上の波長を用いるものでも構わない。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
First Embodiment A brain activity measuring device A, which is a life activity measuring device shown in FIG. 1, irradiates a predetermined region in a measurement region, which is a predetermined region of the brain of the subject P, with irradiation light of a predetermined wavelength, and It is a life activity measuring device that measures the daily activity indicating the brain function of the subject P by detecting the intensity of the reflected light of a predetermined wavelength that is the outgoing light that is once transmitted through the brain after being irradiated. In the brain activity measuring apparatus A of the present embodiment, the brain activity is measured by observing changes in the hemodynamics of the brain, and oxyhemoglobin and deoxyhemoglobin are used as parameter substances indicating the hemodynamic changes. And kinetics of oxyhemoglobin and deoxyhemoglobin are observed. As the wavelength of the irradiation light, two types of near infrared rays, for example, 780 nm and 830 nm, which are absorbed in oxyhemoglobin and deoxyhemoglobin and have different molecular extinction coefficients, are employed, and the reflected light has the same wavelength as the irradiation light. Near infrared. Irradiation light may have a wavelength other than this, or may use three or more wavelengths.
具体的には、前記脳活動計測装置Ａは、装置本体部Ａ１と、頭部固定手段とからなるものである。そして装置本体部Ａ１は、図２に示したように、少なくとも制御部１と、照射部２と、検出部３と、外表面形状計測部４と、ディスプレイ５とを備えたものである。本実施形態においては、この装置本体部Ａ１は、制御部１としての機能を有しディスプレイ５を備えた制御装置Ａ２と、前記照射部２と検出部３と凹凸形状計測部４とを備えた撮像装置Ａ３とを、有線或いは無線で通信可能に接続させて構成している。そして、前記制御装置Ａ２は、演算機能、通信機能等を備えた汎用のパーソナルコンピュータである。一方、撮像装置Ａ３は、筐体内に前記照射部２と検出部３と外表面形状計測部４としての機能を有するべく必要な機器構成を備えたものであり、図示例のものでは、載置台の上に載置して使用するタイプのものであるが、その他ハンディタイプのもの、床に載置して使用するようなタイプのものであってもよい。
Specifically, the brain activity measuring device A is composed of a device main body A1 and a head fixing means. As shown in FIG. 2, the apparatus main body A <b> 1 includes at least the control unit 1, the
一方、前記頭部固定手段として、本実施形態においては、照射光から目を保護することで被験者Ｐの頭部が動くのを防止するアイマスクA４を採用している。 On the other hand, as the head fixing means, in this embodiment, an eye mask A4 that prevents the head of the subject P from moving by protecting the eyes from the irradiation light is adopted.
次に、前記装置本体部Ａ１の各構成について説明する。 Next, each configuration of the apparatus main body A1 will be described.
まず、照射部２、検出部３、外表面形状計測部４の構成から先に説明する。
First, the configuration of the
照射部２は、前記照射光を少なくとも含む光を、被験者Ｐの脳の所定距離例えば少なくとも１０センチメートル以上離間した位置から照射するものである。そして、本実施形態においては、図示したように、被験者Ｐの額を通じて脳の前頭葉部分に対して照射するものとしている。具体的には、前記撮像装置Ａ３内に、前記照射光を含む複数波長の光を照射する光源２１とこの光源２１の脳の計測領域における照射位置を調整する照射位置移動機構２２とを備えて、図３において、符号Ｌで示すように光源２１から照射される光を、被験者Ｐの脳の計測領域内の所定ポイントに対して順次照射して該計測領域を面走査するように構成している。この光源２１としては、例えば半導体レーザ、発光ダイオード、タングステンランプや、ハロゲンランプ等を用いている。
The
検出部３は、前記照射部２から照射された光が被験者Ｐの脳で反射された反射光の強度を被験者Ｐの脳から所定距離、例えば少なくとも１０センチメートル以上離間した位置で検出して前記反射光の強度を示す反射光検出信号を出力するものである。具体的には、出射光を受け付ける受付部たる出射光を受け付ける受光部３１と、波長分離機構３２を備えてなり、さらに、図示しない走査ミラー、集光レンズ、絞り、アンプ、Ａ／Ｄ変換器などを備えて構成されている。受光部３１は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ
Ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ）素子などの受光素子を備えて構成されるものである。そして、このＣＣＤ素子に受光され電気信号に変換された信号が、さらにアンプによって増幅され、Ａ／Ｄ変換器によってデジタル信号である反射光検出信号に変換されて制御装置Ａ３に対して出力されることになる。また、波長分離機構３２は、出射光が前記受光部３１に受光される前に７８０ｎｍ及び８３０ｎｍの波長の近赤外線を分光するものであり、例えば分光フィルタを具備して構成したものである。そして、この分光フィルタとしては、例えば、前記集光レンズに対応した位置に設けられ複数の波長を分光する光学フィルタを環状に並べた回転式のもので、適宜の切替機構を備えて回転して切り替えてられるようなものである。そして、本実施形態の検出部３は、前記走査ミラーとこの走査ミラーを位置調整する位置調整機構などによって、図３において矢印で示したように計測領域内を面走査するように複数の所定ポイントに対し自動的にフォーカスして順次検出するように構成されている。
The
A light receiving element such as a coupled device) is provided. The signal received by the CCD element and converted into an electric signal is further amplified by an amplifier, converted into a reflected light detection signal which is a digital signal by an A / D converter, and output to the control device A3. It will be. The
外表面形状計測部４は、計測領域に対応する頭部の外表面の凹凸を測定しこの外表面の凹凸の状態を示す外表面形状データを出力するものである。その構成の一例としては、照射光とは異なる光であるガイド光を照射するガイド光照射部４１と、このガイド光を頭部の外表面に焦点を当てるオートフォーカス機能を有するフォーカス機構４２とを備えて構成され、外表面形状データとして、頭部における所定位置毎のガイド光のフォーカス距離を示すデータを出力するようなものが挙げられる。
The outer surface shape measuring unit 4 measures the unevenness of the outer surface of the head corresponding to the measurement region, and outputs outer surface shape data indicating the state of the unevenness of the outer surface. As an example of the configuration, a guide
制御部１は、照射光の照射、反射光の検出など脳活動の計測に係る制御や処理を行うものである。具体的には制御装置A２に備えられた内部メモリやＨＤＤなど外部記憶装置に記憶されたプログラムに従って、ＣＰＵや通信インタフェース、その他制御装置の各構成及び撮像装置Ａ３の各構成を作動することによって照射部制御手段１１、検出部制御手段１２と、外表面形状計測手段１３と、パラメータ物質動態データ生成手段たるヘモグロビン動態データ生成手段１４と、生体機能画像データ生成手段たる脳機能画像データ生成手段１５と、３次元画像データ生成手段１６、演算手段１７と、画像データ蓄積手段１８と、表示手段１９としての機能を少なくとも有するものである。
The control unit 1 performs control and processing related to measurement of brain activity such as irradiation of irradiation light and detection of reflected light. Specifically, irradiation is performed by operating the CPU, the communication interface, other components of the control device, and the components of the imaging device A3 according to a program stored in an external storage device such as an internal memory or HDD provided in the control device A2. Part control means 11, detection part control means 12, outer surface shape measurement means 13, hemoglobin dynamic data generation means 14 as parameter substance dynamic data generation means, brain function image data generation means 15 as biological function image data generation means, The apparatus has at least functions as a three-dimensional image
照射部制御手段１１は、照射部２を制御する制御信号を発信するものである。具体的には、光源２１が照射する位置、タイミング、強度などを調整するための制御信号等を発信するものである。
The irradiation part control means 11 transmits a control signal for controlling the
検出部制御手段１２は、検出部３を制御する制御信号を発信するものである。具体的には、前記照射部３の計測量域内における照射位置に対応した位置にフォーカスするように、走査ミラーの角度調整やレンズ位置などを制御する制御信号、検出のタイミングを制御する制御信号などを発信するものである。また、反射光たる７８０ｎｍ及び８３０ｎｍの波長の近赤外線が受光部３１に到達するように波長分離機構３２を調整する制御信号等を発信するものである。
The detection unit control means 12 transmits a control signal for controlling the
ヘモグロビン動態データ生成手段１４は、検出部３から出力された各波長における出射光検出信号たる反射光検出信号を処理して脳の所定部位における脳機能に寄与する物質であるオキシヘモグロビン及びデオキシヘモグロビンの分布や濃度変化などの動態を示す又は示唆するヘモグロビン動態データを生成するものである。また、さらに異なる波長毎の赤外線を検出した反射光検出信号をそれぞれ合成したデータや、所定の処理を施したデータ等をも生成するものであってもよい。
The hemoglobin dynamic data generating means 14 processes the reflected light detection signal, which is the output light detection signal at each wavelength, output from the
脳機能画像データ生成手段１５は、前記ヘモグロビン動態データ生成手段１４で生成されたヘモグロビン動態データを、脳の計測領域におけるヘモグロビンの分布や濃度乃至濃度変化などが２次元画像として表示され血行動態変化を示す画像データである脳機能画像データに加工するものである。 The brain function image data generating means 15 displays hemoglobin dynamic data generated by the hemoglobin dynamic data generating means 14 as a two-dimensional image of hemoglobin distribution, concentration or concentration change in the brain measurement region, and displays hemodynamic changes. It is processed into brain function image data which is image data to be shown.
３次元画像データ生成手段１６は、前記外表面形状計測部４で測定され出力された外表面形状データから、計測領域に対応する頭部の外表面を３次元画像として表示する計測領域３次元画像データを生成するものである。なお、計測領域３次元画像データは、頭部の外表面の形状が３次元で表示されこの３次元の頭部の形状に２次元画像データである脳機能画像データと位置合わせした画像データであってもよいし、さらに演算処理によって計測領域における脳の形状もほぼ３次元画像として表示されるようなデータであってもよい。 The three-dimensional image data generating means 16 displays a measurement region three-dimensional image that displays the outer surface of the head corresponding to the measurement region as a three-dimensional image from the outer surface shape data measured and output by the outer surface shape measurement unit 4. Data is generated. The measurement area three-dimensional image data is image data in which the shape of the outer surface of the head is displayed in three dimensions, and the shape of the three-dimensional head is aligned with brain function image data that is two-dimensional image data. Alternatively, the data may be such that the brain shape in the measurement region is also displayed as a substantially three-dimensional image by a calculation process.
演算手段１７は、検出部３で検出され出力された７８０ｎｍ及び８３０ｎｍの波長の反射光検出信号に基づくそれぞれのヘモグロビン動態データ、又は当該各ヘモグロビン動態データに基づく血行動態変化を示す各画像を、組み合わせ、抽出し、又変換するなどの演算処理を行うものである。
The calculation means 17 combines the respective hemoglobin dynamic data based on the reflected light detection signals having the wavelengths of 780 nm and 830 nm detected and output by the
画像データ蓄積手段１８は、脳機能画像データ生成手段１５で生成された脳機能画像データと、前記３次元画像データなどこの生体機能画像データに基づいて加工又は合成されたデータとを蓄積するものである。そして、これらの画像データを例えばＴＩＦＦ形式やＧＩＦ形式など、汎用の画像データ形式で蓄積する機能をも備えたものである。
The image
表示手段１９は、前記脳機能画像データ生成手段１５、３次元画像データ生成手段１６で、それぞれ生成された脳機能画像データ、３次元画像データをディスプレイ５に表示するための制御を行うものである。さらに本実施形態においては、生体機能画像データを、他の医療画像診断装置で生成された前記計測領域と略同領域の生体形態画像データ若しくは生体機能画像データと合成して表示する機能を有している。 The display means 19 performs control for displaying the brain function image data and the 3D image data generated by the brain function image data generation means 15 and the 3D image data generation means 16, respectively, on the display 5. . Furthermore, in the present embodiment, there is a function of displaying the biofunction image data by combining it with biomorphic image data or biofunction image data in the same area as the measurement area generated by another medical image diagnostic apparatus. ing.
しかして、本実施形態の脳活動計測装置Ａを使用する際には、図１に示すように例えば椅子に被験者Ｐを座らせ頭部固定手段たるアイマスクＡ４を付けた状態で、この被験者Ｐからは離れた位置に設置した撮像装置Ａ３を、計測者Ｐ２が制御装置Ａ２を操作することで作動させて、被験者Ｐに対して非接触な状態において脳活動を計測する。 Therefore, when using the brain activity measuring apparatus A of the present embodiment, as shown in FIG. 1, for example, the subject P is seated on a chair and the eye mask A4 as a head fixing means is attached. The measuring device P2 is operated by operating the control device A2 and the brain activity is measured in a non-contact state with respect to the subject P.
本発明は上記のような実施形態に限られない。特に、照射部としては、本実施形態における照射部２のように照射光を含む光を計測領域内の複数の所定ポイントを順次照射するもの以外に、照射光を含む光を計測領域のほぼ全域を同時に照射するように構成したもの、照射光を含む光を計測領域内における一の所定ポイントを照射するように構成したものであってもよい。
The present invention is not limited to the embodiment as described above. In particular, as the irradiating unit, the light including the irradiation light is irradiated over almost the entire area of the measurement region in addition to the
また、検出部としては、本実施形態の検出部３のように、計測領域から反射される反射光を計測領域内の所定ポイント毎に順次検出するもの以外に、計測領域から反射される反射光中に含まれる一波長若しくは複数波長の近赤外線の強度を計測領域のほぼ全域について同時に検出するように構成されたものであってもよい。
Moreover, as a detection part, the reflected light reflected from a measurement area other than what detects the reflected light reflected from a measurement area sequentially for every predetermined point in a measurement area like the
そして、この検出部の２態様と、前記照射部の３態様とそれぞれ組み合わせることが可能であり前記図３に示した組み合わせに加えて、図４から図８に示したような組み合わせの態様が挙げられる。なお、照射部の照射した照射光を含んだ光は、符号Ｌで示し、検出部の検出範囲については、図中矢印で示している。まず、図４に示すように、照射部が、照射光を含む光を生体活動を計測しようとする計測領域のほぼ全域に対して同時に照射するものであり、検出部が、前記計測領域で反射される各波長の反射光強度をその計測領域のほぼ全域を同時に検出するように構成されたものであってもよい。また、図５に示すように、照射部が、照射光を含む光を、生体活動を計測しようとする計測領域のほぼ全域に対して同時に照射するものであり、検出部が、前記計測領域で反射される各波長の反射光強度を前記計測領域内における複数の所定ポイント毎に順次検出するように構成されたものであってもよい。また、図６に示すように、照射部が、照射光を含む光を生体活動を計測しようとする計測領域中の一の所定ポイントに対して照射するものであり、検出部が、前記計測領域で反射される各波長の反射光強度を、その計測領域内のほぼ全域を同時に検出するように構成されたものであってもよい。また、図７に示したように、照射部が、照射光を含む光を、生体活動を計測しようとする計測領域中における一の所定ポイントに対して照射するものであり、検出部が、前記計測領域で反射される各波長の反射光強度を、その計測領域内における複数の所定ポイント毎に順次検出するように構成されたものであってもよい。また、図８に示すように、照射部が、照射光を含む光を、生体活動を計測しようとする計測領域中の複数の所定ポイントに対して順次照射するものであり、検出部が、前記計測領域で反射される各波長の反射光強度をその計測領域においてほぼ全域を同時に検出するように構成されたものであってもよい。 And it is possible to combine the two modes of the detection unit and the three modes of the irradiation unit, respectively. In addition to the combinations shown in FIG. 3, the combination modes shown in FIGS. It is done. In addition, the light containing the irradiation light which the irradiation part irradiated is shown with the code | symbol L, and the detection range of the detection part is shown with the arrow in the figure. First, as shown in FIG. 4, the irradiating unit irradiates light including irradiation light to almost the entire measurement region where the biological activity is to be measured, and the detection unit reflects on the measurement region. The reflected light intensity of each wavelength may be configured to simultaneously detect almost the entire measurement area. In addition, as shown in FIG. 5, the irradiating unit irradiates light including irradiation light to almost the entire measurement region where the biological activity is to be measured, and the detection unit is the measurement region. The reflected light intensity of each wavelength reflected may be configured to be sequentially detected for each of a plurality of predetermined points in the measurement region. Moreover, as shown in FIG. 6, an irradiation part irradiates the light containing irradiation light with respect to one predetermined point in the measurement area | region which is going to measure life activity, and a detection part is the said measurement area | region. The reflected light intensity of each wavelength reflected by may be configured to simultaneously detect almost the entire region within the measurement region. Further, as shown in FIG. 7, the irradiation unit irradiates light including irradiation light to one predetermined point in the measurement region where the biological activity is to be measured, and the detection unit The reflected light intensity of each wavelength reflected in the measurement region may be configured to be sequentially detected for each of a plurality of predetermined points in the measurement region. In addition, as shown in FIG. 8, the irradiation unit sequentially irradiates light including irradiation light to a plurality of predetermined points in a measurement region in which the biological activity is to be measured, and the detection unit The reflected light intensity of each wavelength reflected in the measurement region may be configured to detect almost the entire region simultaneously in the measurement region.
以上、説明した本実施形態の脳活動計測装置によれは、被験者Ｐに対して従来のような脳活動計測のための装着具を装着することによる不快感を与えることなく、脳活動を計測することができる。また、計測に際して、このような装着具を取り付ける時間も削減できるため、この点においても被験者Ｐに負担をかけないで済むとともに計測者の装着作業に係る負担を無くしてスムーズな計測を可能にする。 As described above, according to the brain activity measuring apparatus of the present embodiment described above, the brain activity is measured without giving the subject P the discomfort caused by wearing the conventional mounting tool for brain activity measurement. be able to. In addition, since it is possible to reduce the time for attaching such a wearing tool at the time of measurement, it is not necessary to place a burden on the subject P in this respect, and it is possible to perform a smooth measurement by eliminating the burden associated with the wearing operation of the measurer. .
また、本実施形態では、皮膚組織及び骨組織を透過する近赤外線を利用するとともに、照射部２及び検出部３を被験者Ｐに対して非接触な状態で脳活動を計測できる事を利用して、照射部で額を通じて前頭葉部分を照射し検出部で前頭葉部分から反射する反射光を検出するようにしているので、従来のＭＲＩなどでは、鼻の上方にある空隙部分に存在する空気のために脳活動を計測するのが困難であった前頭葉部分における脳活動の計測が可能である。
Moreover, in this embodiment, while utilizing the near infrared ray which permeate | transmits skin tissue and a bone tissue, it can utilize that the
また、このように、被験者Ｐの前方から照射光を含んだ光を照射するような場合には、その眩しさのために被験者Ｐがどうしても頭部を反らすような動きをしてしまいがちであるが、頭部固定手段としてアイマスクＡ４を設けたので、正確な脳活動計測が可能である。 In addition, when light including irradiation light is irradiated from the front of the subject P as described above, the subject P inevitably tends to bend the head due to the glare. However, since the eye mask A4 is provided as the head fixing means, accurate brain activity measurement is possible.
また、照射部２及び検出部３を、ともに計測領域内を面走査するようなものに構成したもので、計測領域内の詳細な脳活動が計測できる。
In addition, the
また、検出部３を計測領域内を面走査するように複数の所定ポイントに対し自動的にフォーカスして順次検出するように構成したので、次のようなことも期待できる。照射光を含む光を照射した場合、生体は透明な物体ではなく光は複雑に散乱されるのだが、意図的に焦点の位置特に頭皮からの深さを変えることによって異なる深さの情報を選択できる可能性がある。つまり、オートフォーカスの焦点を頭皮にピタリとあわせた場合と、わざと頭皮より内部（脳側）に焦点をずらした場合とで異なる情報がとれる可能性もある。MRIの画像などから算出して脳の表面に相当する深さに焦点を合わせることによって積極的に脳の情報を選択する研究への発展も期待できる。
Further, since the
また、外表面形状計測部４と３次元画像データ生成手段１６とを設けてディスプレイ５に計測領域における外表面の形状と、脳機能画像とを重ね合わせて表示することができるために、該脳活動計測装置による脳機能画像がどの部位を計測したものあるかを明確に判別でき、また脳機能画像がより解り易いものとなる。 In addition, since the outer surface shape measuring unit 4 and the three-dimensional image data generating means 16 are provided so that the shape of the outer surface in the measurement region and the brain function image can be superimposed on the display 5 and displayed. It is possible to clearly determine which part of the brain function image obtained by the activity measuring device is measured, and the brain function image becomes easier to understand.
さらに、表示手段１９を、脳機能画像を他の医療画像診断装置で生成された前記計測領域と略同領域の脳形態画像データ若しくは脳機能画像データと合成して表示できるように構成したので、この点においても該脳活動計測装置による脳機能画像がどの部位を計測したものあるかを明確に判別でき、また脳機能画像がより解りやすいものとなる。 Furthermore, the display means 19 is configured so that the brain function image can be displayed by being synthesized with brain form image data or brain function image data in the substantially same region as the measurement region generated by another medical image diagnostic apparatus. Also in this respect, it is possible to clearly determine which part of the brain function image measured by the brain activity measuring device is present, and the brain function image is more easily understood.
また、画像データ蓄積手段１８を設けたので、すでに生成された脳機能画像データとの比較や、出力などができ、使い勝手がよい。さらに、汎用の画像データ形式で蓄積できるように構成したので、他の汎用の情報処理装置やプリンタなどに出力することができ、脳機能画像を有効に使用できる。 In addition, since the image data storage means 18 is provided, it can be compared with the already generated brain function image data, output, etc., and is easy to use. Furthermore, since it can be stored in a general-purpose image data format, it can be output to other general-purpose information processing devices or printers, and brain function images can be used effectively.
（第２実施形態） 次に、第２実施形態における生体活動計測装置たる脳活動計測装置Ｂについて説明する。図９に示した脳活動計測装置Ｂは、制御装置Ｂ２と、これに有線又は無線で接続された撮像装置Ｂ３とからなる装置本体Ｂ１と、頭部固定手段としてこの撮像装置に取り付けた頭部固定手段たる顎載置台Ｂ４とを備えて構成したものである。そして、被験者Ｐがこの顎載置台Ｂ４に顎を載せるとともに撮像装置Ｂ３に額を近づけた状態で、照射光を含む光を被験者Ｐの額を通じて前頭葉部分に照射して前頭葉部分で反射された反射光を検出することで脳活動を計測するものである。 (2nd Embodiment) Next, the brain activity measuring device B which is a life activity measuring device in 2nd Embodiment is demonstrated. The brain activity measuring device B shown in FIG. 9 includes a device main body B1 including a control device B2 and an imaging device B3 connected to the control device B2 in a wired or wireless manner, and a head attached to the imaging device as a head fixing means. The chin mounting table B4 as a fixing means is provided. Then, in a state where the subject P places his / her chin on the chin mounting table B4 and the forehead is close to the imaging device B3, the light including the irradiation light is irradiated to the frontal lobe portion through the forehead of the subject P and reflected by the frontal lobe portion. The brain activity is measured by detecting light.
そして、本実施形態における装置部本体Ｂ１は、図１０に示すように制御装置側に備えられた制御部１０１及びディスプレイ１０５と、撮像装置側に備えられた照射部１０２、検出部１０３及び外表面形状計測部１０４とを備えて構成されている。
As shown in FIG. 10, the apparatus body B1 in this embodiment includes a
照射部１０２は、前記７８０ｎｍ及び８３０ｎｍの近赤外線を少なくとも含む光を照射する光源１０２１を備えてなるもので、本実施形態では、計測領域である脳の前頭葉部分のほぼ全体に額を通じて同時に照射するものである。この光源１０２１としては、ハロゲンランプ又はタングステンランプを使用する。
The
検出部１０３は、前記照射部１０２から照射された照射光が被験者Ｐの脳で反射された反射光の強度を被験者Ｐの脳から所定距離、例えば少なくとも１０センチメートル以上離間した位置で検出して前記反射光の強度を示す反射光検出信号を出力するものである。そして、本実実施形態においては、脳で反射された反射光を計測領域である前頭葉部分のほぼ全体に亘って同時に検出するものである。具体的には、受光部１０３１と、波長分離機構１０３２を備えてなり、さらに、図示しない、集光レンズ、絞り、アンプ、Ａ／Ｄ変換器などを備えて構成されている。本実施形態の受光部１０３１は、ＣＣＤ素子によって構成された７８０ｎｍ及び８３０ｎｍ各波長毎の受光部からなる。また波長分離機構１０３２は、本実施形態では、角度調整した複数のミラーからなる図示しない反射光分割機構と、図示しない光学フィルタ又はグレーティング等とを備えて構成し、前記反射光分割機構で反射光を分割し、分割された光を光学フィルタでそれぞれ７８０ｎｍ、８３０ｎｍの近赤外線を分光して、対応するそれぞれ受光部に受光させるようになっている。
The
外表面形状計測部１０４は、ガイド光照射部１０４１と、このガイド光を頭部の外表面に焦点を当てるオートフォーカス機構１０４２を備え前述した第１実施形態の外表面形状計測部４と、同様の構成を有するものである。
The outer surface
また、制御部１０１は、制御装置Ｂ２に備えられた内部メモリやＨＤＤなど外部記憶装置に記憶されたプログラムに従って、ＣＰＵや通信インタフェース、その他制御装置Ｂ２の各構成及び撮像装置Ｂ３の各構成を作動することによって照射部制御手段１０１１、検出部制御手段１０１２と、外表面形状計測手段１０１３と、パラメータ物質動態データ生成手段たるヘモグロビン動態データ生成手段１０１４と、生体機能画像データ生成手段たる脳機能画像データ生成手段１０１５と、３次元画像データ生成手段１０１６、演算手段１０１７と、画像データ蓄積手段１０１８と、表示手段１０１９としての機能を備えたものである。
The
照射部制御手段１０１１は、前記照射部１０２を構成する光源１０２１のタイミングや照射の強さを制御する制御信号を発信するものである。
The irradiation unit control means 1011 transmits a control signal for controlling the timing of the
検出部制御手段１０１２は、計測領域から反射されて反射光が適正に受光されるように計測領域内のほぼ中心に焦点を合わせるような制御信号を発信するとともに、７８０ｎｍ、８３０ｎｍの反射光が、各波長に対応するそれぞれ受光部に適正に受光されるように波長分離機構１０３２を調整する制御信号を発信するものである。
The detection unit control means 1012 transmits a control signal for focusing on almost the center of the measurement region so that the reflected light is reflected appropriately from the measurement region, and the reflected light of 780 nm and 830 nm is A control signal for adjusting the
表示手段１０１９は、前記波長分離機構１０３２を構成するミラーによってそれぞれの波長毎に分けられた反射光を検出、出力した反射光検出信号に対応したヘモグロビン動態データに基づく脳機能画像データを、ディスプレイの分割画面において一度に表示するものである。
The display means 1019 detects reflected light divided for each wavelength by the mirror constituting the
なお、外表面形状計測手段１０１３と、パラメータ物質動態データ生成手段たるヘモグロビン動態データ生成手段１０１４と、生体機能画像データ生成手段たる脳機能画像データ生成手段１０１５と、３次元画像データ生成手段１０１６、演算手段１０１７と、画像データ蓄積手段１０１８とは、前述した第１実施形態の外表面形状計測手段１３と、パラメータ物質動態データ生成手段たるヘモグロビン動態データ生成手段１４、生体機能画像データ生成手段たる脳機能画像データ生成手段１５、３次元画像データ生成手段１６、演算手段１７、画像データ蓄積手段１８と同様の機能を有するものでありその説明を省略することとする。
The outer surface shape measuring means 1013, the hemoglobin dynamic data generating means 1014 as parameter substance dynamic data generating means, the brain function image data generating means 1015 as biological function image data generating means, the three-dimensional image data generating means 1016, and the calculation The
しかして、本実施形態の脳活動計測装置Ｂを使用する際には、図９に示すように例えば椅子に被験者Ｐを座らせ撮像装置Ｂ３に取り付けられた頭部固定手段たる顎載台に顎を載せた状態で、この被験者Ｐとは非接触な状態である撮像装置Ｂ３を、計測者Ｐ２が制御装置Ｂ２を操作することで作動させて、被験者Ｐに対して非接触な状態において脳活動を計測する。 Therefore, when using the brain activity measuring apparatus B of the present embodiment, as shown in FIG. 9, for example, the subject P is seated on a chair and the jaw is placed on the chin rest as a head fixing means attached to the imaging apparatus B3. In this state, the imaging device B3 that is in a non-contact state with the subject P is operated by the measurer P2 operating the control device B2, and the brain activity in a non-contact state with respect to the subject P Measure.
以上のように構成した本実施形態の脳活動計測装置Ｂによっても、被験者Ｐに対して従来のような脳活動計測のための装着具を装着することによる不快感を与えることなく、脳活動を計測することができる。また、計測に際して、このような装着具を取り付ける時間も削減できるため、この点においても被験者Ｐに負担をかけないで済むとともに計測者の装着作業に係る負担を無くしてスムーズな計測を可能にする。 Even with the brain activity measuring apparatus B of the present embodiment configured as described above, brain activity can be measured without giving the subject P discomfort due to wearing a conventional mounting tool for measuring brain activity. It can be measured. In addition, since it is possible to reduce the time for attaching such a wearing tool at the time of measurement, it is not necessary to place a burden on the subject P in this respect, and it is possible to perform a smooth measurement by eliminating the burden associated with the wearing operation of the measurer. .
本実施形態の特有の効果としては、頭部固定手段たる顎載台Ｂ２を備えたので頭部の固定が確実になされて、頭部の動きによる反射光の検出に際するぶれが起こらない As a specific effect of the present embodiment, since the chin rest B2 as the head fixing means is provided, the head is securely fixed, and no shake occurs when detecting reflected light due to the movement of the head.
本発明は、上述したこれらの実施形態に限られない。例えば、照射部を光源と波長分離機構とを備えて構成してもよい。また、検出部に備えられた波長分光機構が、液晶チューナブルフィルタを使用して構成されたものであってもよい。また、受光部としては、ＣＣＤ素子によって構成されるものに限らず、光を受光できるものであればフィルムなどで構成されるものであってもよい。 The present invention is not limited to these embodiments described above. For example, the irradiation unit may be configured to include a light source and a wavelength separation mechanism. The wavelength spectroscopic mechanism provided in the detection unit may be configured using a liquid crystal tunable filter. Further, the light receiving portion is not limited to the one constituted by the CCD element, and may be constituted by a film or the like as long as it can receive light.
また、第１実施形態及び第２実施形態において、装置本体部Ａ１及びＢ１を制御装置Ａ２、Ｂ２と撮像装置Ａ３、Ｂ３とに分けて構成したものとしたが、一体的に構成されたものであってもよい。このようなものであって床に起立させて使用するものにおいては、装置本体部が、移動できるようにキャスタなど移動手段を備えたものが望ましい。 In the first embodiment and the second embodiment, the apparatus main bodies A1 and B1 are divided into the control devices A2 and B2 and the image pickup devices A3 and B3. However, they are configured integrally. There may be. In such a device that is used while standing on the floor, it is desirable that the apparatus main body is provided with a moving means such as a caster so that it can move.
その他、図１１に示したような、被験者Ｐが略定位置で脚部を動作可能な運動負荷器械たるトレッドミルＴを備えた生体活動計測装置たる脳活動計測装置Ｃのようなものであってもよい。この脳活動計測装置Ｃは、前記トレッドミルＴと、装置本体Ｃ１と、頭部固定手段たるトレッドミルＴに備え付けられた顎載台Ｃ４とを備えて構成されたものである。この装置本体Ｃ１は、例えば第１実施形態における装置本体Ａ１を構成する制御装置Ａ２と及び撮像装置Ａ３と略同様の構成及び機能を有した制御装置Ｃ２と及び撮像装置Ｃ３とからなるものとして、撮像装置Ｃ３に備えた照射部を、前記運動負荷器械で運動している被験者Ｐの身体の計測領域に対して所定距離離間した位置から前記照射光を少なくとも含む光を照射するように構成するとともに、撮像装置Ｃ３に備えた検出部を、運動負荷器械で運動している被験者Ｐの身体の計測領域において反射した反射光の強度を、その被験者Ｐの身体から所定距離離間した位置で検出するように構成する。このようなものであれば、被験者Ｐに対して計測のための装着具を付けないで運動中の脳活動が計測できるため、被験者Ｐが運動に集中し易くなり正確な計測が可能となる。なお、運動負荷器械として固定式自転車などであってもよい。 In addition, as shown in FIG. 11, the subject P is a brain activity measuring device C which is a life activity measuring device including a treadmill T which is an exercise load device capable of operating a leg at a substantially fixed position. Also good. This brain activity measuring device C is configured to include the treadmill T, the device main body C1, and the chin rest C4 provided to the treadmill T as a head fixing means. The apparatus main body C1 includes, for example, a control apparatus A2 that constitutes the apparatus main body A1 in the first embodiment, a control apparatus C2 that has substantially the same configuration and functions as the imaging apparatus A3, and an imaging apparatus C3. The irradiation unit provided in the imaging device C3 is configured to irradiate light including at least the irradiation light from a position separated from the measurement region of the body of the subject P who is exercising with the exercise load device by a predetermined distance. The detection unit provided in the imaging device C3 detects the intensity of the reflected light reflected in the measurement area of the body of the subject P who is exercising with the exercise load device at a position separated from the body of the subject P by a predetermined distance. Configure. If it is such, since the brain activity during exercise | movement can be measured without attaching the mounting tool for a measurement with respect to the test subject P, the test subject P becomes easy to concentrate on exercise | movement and exact measurement becomes possible. The exercise load device may be a stationary bicycle.
また、図１２に示したような生体活動計測装置たる脳活動計測装置Ｄであってもよい。この脳活動計測装置Ｄは、ベッドＢＤに寝ている状態の被験者Ｐの脳活動を計測するものである。制御装置Ｄ２と、この制御装置Ｄ２とケーブルなど有線で接続された撮像装置Ｄ３とから構成された装置本体Ｄ１と、頭部固定手段たるアイマスクＤ４とからなる。そして、前記撮像装置Ｄ３を前記ベッドＢＤの上方位置である天井に配置することで、当該撮像装置Ｄ３に備えられた照射部を、寝ている状態の被験者Ｐの身体に対して上方に所定距離離間した位置から照射光を少なくとも含む光を照射するようにするとともに、検出部を、その寝ている状態の被験者Ｐの身体の計測領域で反射した反射光をその被験者Ｐの身体から上方に所定距離離間した位置で検出するようにしている。具体的には、なお、この制御装置Ｄ２と撮像装置Ｄ３との接続は、例えばｂｌｕｅｔｏｏｔｈなどの技術を適用した無線によるものであってもよい。図示例においては、制御装置Ｄ２を移動手段たるキャスタを備えた載置台に載置して移動可能なものとしているが、制御装置Ｄ２自体に移動手段が備えられたものであってもよい。また、撮像装置Ｄ３をベッドＢＤに取り付けてもよい。このようなものであれば、計測のための検査室へ行くのが困難な重傷患者、老人、幼児などの生体活動の計測が可能である。さらに装置本体Ｄ１をベッドＢＤとともに移動できるように構成すれば、搬送中の患者の生体活動の計測が可能な計測装置とすることができる。 Moreover, the brain activity measuring device D which is a life activity measuring device as shown in FIG. 12 may be used. This brain activity measuring device D measures the brain activity of the subject P who is sleeping on the bed BD. It comprises an apparatus main body D1 composed of a control device D2, an imaging device D3 connected to the control device D2 by a cable such as a cable, and an eye mask D4 serving as a head fixing means. And by arrange | positioning the said imaging device D3 on the ceiling which is the upper position of the said bed BD, the irradiation part with which the said imaging device D3 was equipped is predetermined distance upwards with respect to the body of the test subject P who is sleeping. The light that includes at least the irradiation light is emitted from the separated position, and the detector reflects the reflected light reflected by the measurement area of the body of the subject P in the sleeping state upward from the body of the subject P. Detection is performed at a position separated by a distance. Specifically, the connection between the control device D2 and the imaging device D3 may be wireless by applying a technology such as Bluetooth. In the illustrated example, the control device D2 is mounted on a mounting table having casters as moving means and can be moved. However, the control device D2 itself may be provided with moving means. Further, the imaging device D3 may be attached to the bed BD. If it is such, it is possible to measure biological activities of seriously injured patients, elderly people, infants and the like who are difficult to go to the laboratory for measurement. Furthermore, if the apparatus main body D1 is configured to be movable together with the bed BD, a measuring apparatus capable of measuring the biological activity of the patient being transported can be obtained.
また、照射部が照射する照射電磁波は、光以外の電磁波であってもよく、さらにその照射の態様として、照射電磁波を少なくとも含む電磁波を計測領域内の複数の所定ポイントを順次照射するもの、照射電磁波を少なくとも含む電磁波を計測領域のほぼ全域を同時に照射するように構成したもの、照射電磁波を少なくとも含む電磁波を計測領域内における一の所定ポイントを照射するように構成したもののうちどの態様のものであってもよい。 In addition, the irradiation electromagnetic wave irradiated by the irradiation unit may be an electromagnetic wave other than light. Further, as an irradiation mode, an electromagnetic wave including at least the irradiation electromagnetic wave is sequentially irradiated at a plurality of predetermined points in the measurement region. Whatever configuration is used to irradiate almost all of the measurement area with electromagnetic waves including at least electromagnetic waves, or to irradiate one predetermined point in the measurement area with electromagnetic waves including at least irradiation electromagnetic waves There may be.
さらに、検出部としては、計測領域から出射される出射電磁波の電磁波を計測領域内の所定ポイント毎に順次検出するもの、計測領域から出射される出射電磁波の強度を計測領域のほぼ全域について同時に検出するように構成されたもののうちどの態様であってもよい。そして、以上のような照射部と検出部とはどのように組み合わせて構成することも可能であり、勿論上記実施形態における脳活動計側装置Ｂ、脳活動計側装置Ｃ、脳活動計側装置Ｄについても同様である。 Furthermore, the detection unit detects the electromagnetic waves emitted from the measurement area sequentially for each predetermined point in the measurement area, and simultaneously detects the intensity of the outgoing electromagnetic waves emitted from the measurement area for almost the entire measurement area. Any aspect may be sufficient as what was comprised so. The irradiation unit and the detection unit as described above can be combined in any way, and of course, the brain activity meter side device B, the brain activity meter side device C, and the brain activity meter side device in the above embodiment. The same applies to D.
また、脳以外の身体の所定部位を計測領域としてその機能を示す生体活動を計測するように構成した生体活動装置であってもよい。そして、このような生体活動を計測するための生体機能に寄与するパラメータ物質としてヘモグロビン以外の例えばチトクロームや糖類などであってもよい。 Moreover, the biological activity apparatus comprised so that the biological activity which shows the function may be measured by making predetermined | prescribed site | parts of bodies other than a brain into a measurement area | region may be sufficient. The parameter substance contributing to the biological function for measuring such biological activity may be, for example, cytochrome or saccharide other than hemoglobin.
その他、神経細胞に照射電磁波による何らかの刺激を与えることで起こる電位変化に伴って起こる光の散乱を出射電磁波として、生体機能たる神経細胞の機能を計測するような生体活動装置であってもよい。 In addition, it may be a biological activity device that measures the function of a nerve cell that is a biological function by using, as an outgoing electromagnetic wave, the scattering of light that occurs in response to a potential change caused by applying some stimulus by an irradiation electromagnetic wave to the nerve cell.
１、１０１…制御部
１４、１０１４…パラメータ物質動態データ生成手段（ヘモグロビン動態データ生成手段）
１５、１０１５…生体機能画像データ生成手段（脳機能画像データ生成手段）
１６、１０１６…３次元画像データ生成手段
１７、１０１７…演算手段
１８、１０１８…画像データ蓄積手段
１９、１０１９…表示手段
２、１０２…照射部
２１、１０２１…光源
３、１０３…検出部
３１、１０３１…受付部（受光部）
３２、１０３２…波長分離機構
４、１０４…外表面形状計測部
５、１０５…ディスプレイ
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ…生体活動計測装置（脳活動計測装置）
Ｐ…被験者
Ｔ…運動負荷器械（トレッドミル）
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101 ...
15, 1015 ... biological function image data generation means (brain function image data generation means)
16, 1016 ... three-dimensional image data generation means 17, 1017 ... calculation means 18, 1018 ... image data storage means 19, 1019 ... display means 2, 102 ...
32, 1032 ...
P ... Subject T ... Exercise equipment (treadmill)
Claims (22)
前記照射光の照射、出射光の検出など生体活動の計測に係る制御や処理を行う制御部を有し、
前記照射光を被験者に対して非接触且つ非侵襲で所定距離離間した位置から前記計測領域の所定部位に照射する照射部と、前記出射光の強度を被験者から所定距離離間した位置で当該被験者に非接触且つ非侵襲で検出してその出射光強度を示す出射光検出信号を出力する検出部とを備えている生体活動計測装置。 Irradiated light composed of infrared rays or near infrared rays having a predetermined wavelength is irradiated on a predetermined region in a measurement region, which is a predetermined region in the body of the subject, and emitted light composed of infrared rays or near infrared rays emitted from the body in response to the irradiated light. A biological activity measuring device for measuring a biological activity indicating a biological function by detecting the intensity of the biological activity without exposing a predetermined part in the measurement region,
A control unit that performs control and processing related to measurement of biological activity such as irradiation of the irradiation light and detection of outgoing light;
An irradiation unit that irradiates a predetermined portion of the measurement region from a position that is non-contact and non-invasively spaced from the subject with the irradiation light, and the subject at a position that is spaced a predetermined distance from the subject in intensity of the emitted light. A life activity measuring device comprising: a detection unit that detects non-contact and non-invasively and outputs an emitted light detection signal indicating the intensity of the emitted light.
前記照射光の照射、出射光の検出など生体活動の計測に係る制御や処理を行う制御部を有し、
前記照射光を被験者に対して非接触且つ非侵襲で所定距離離間した位置から前記計測領域の所定部位に照射する照射部と、前記出射光の強度を被験者から所定距離離間した位置で当該被験者に非接触且つ非侵襲で検出してその出射光強度を示す出射光検出信号を出力する検出部とを備えている生体活動計測装置。 Irradiation light consisting of infrared rays or near infrared rays having a predetermined wavelength is irradiated to a predetermined region in a measurement region, which is a predetermined region in the brain as a subject's body, and infrared rays or near infrared rays emitted from the brain in response to the irradiation light. A biological activity measurement device that detects the intensity of emitted light and measures a biological activity indicating a brain function that is a biological function without exposing a predetermined part in the measurement region,
A control unit that performs control and processing related to measurement of biological activity such as irradiation of the irradiation light and detection of outgoing light;
An irradiation unit that irradiates a predetermined portion of the measurement region from a position that is non-contact and non-invasively spaced from the subject with the irradiation light, and the subject at a position that is spaced a predetermined distance from the subject in intensity of the emitted light. A life activity measuring device comprising: a detection unit that detects non-contact and non-invasively and outputs an emitted light detection signal indicating the intensity of the emitted light.
前記表示手段が、この計測領域３次元画像データ生成手段で生成された計測領域３次元画像データと、前記生体機能画像データとをディスプレイ画面上で重ね合わせて表示させる機能を有するものである請求項１１何記載の生体活動計測装置。 The control unit includes an outer surface shape measurement unit that is controlled by the control unit to measure the unevenness of the outer surface of the body corresponding to the measurement region and outputs outer surface shape data indicating the state of the unevenness of the outer surface. Measurement area 3D image data generation for generating measurement area 3D image data for displaying the outer surface corresponding to the measurement area as a 3D image from the outer surface shape data measured and output by the outer surface shape measurement unit Further equipped with means,
The display means has a function of displaying the measurement area 3D image data generated by the measurement area 3D image data generation means and the biological function image data so as to overlap each other on a display screen. 11. What is described as a biological activity measuring device.
The irradiation unit irradiates the irradiation light in a non-contact and non-invasive manner from a position spaced a predetermined distance above the measurement region in the body of the subject who is sleeping, and the detection unit is sleeping 21. The emitted light emitted from the measurement area of the subject in a state is detected in a non-contact and non-invasive manner with respect to the subject at a position spaced a predetermined distance upward from the body of the subject. Life activity measuring device.
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