JP2006006425A - 生体光計測装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光照射器もしくは光検出器を空間的に交互に配置した菱形状プローブを2つ用意し,第一の光照射器と光検出器の間に第二の光照射器か光検出器を配置し,すべてのサンプリング点を用いて画像を再構成し,再構成した画像の最大位置が第一もしくは第二のプローブのサンプリング点に近接しているかを判断し,その結果から,第一もしくは第二のプローブのサンプリング点の位置情報のみを用いて画像を再構成する。
【発明の効果】脳活動領域のサイズの違いを,画像表示することが可能となり,光を用いた生体内代謝物質の濃度計測結果から得られる情報が増加する。
【選択図】図1
Description
図2は,本生体光計測法を実現する装置の構成を示している。被検査体2−1は,後述する計測用光ファイバを固定できるヘルメット(2−2)を頭皮上へ装着した状態で,計測に望むことが可能である。計測用光ファイバには,光源から発せられた光を被検体へ照射することを目的としている照射用光ファイバ(2−3)と,生体内部を通過した光を集光し検出器へ伝送することを目的としている検出用光ファイバ(2−4)があり,本実施例では,それぞれ5本,4本ずつ使用している。これら照射用光ファイバ,検出用光ファイバの先端は,被検査体(2−1)の頭皮上へ接触させてあるため,被検査体を傷つけず,日常の生活環境下で計測することが可能である。尚,これら照射用光ファイバと検出用光ファイバは,格子の交点上に,空間的に交互に配置させており,最も近い格子の交点の間隔は,一般的に約30mm程度とすることが望ましいとされている。照射用光ファイバは,光源アレー(2−5)へ接続されている。この光源アレーには,半導体レーザや発光ダイオードに代表される光源が複数用意されている。その光源の個数は,照射用光ファイバの本数に計測対象物質の種類を乗じた数に相当する。各光源の強度は,2−6に示した電子計算機により制御される。また,本光源アレーには,光結合器が具備されており,各照射用光ファイバに対して,波長の異なる複数の光源から照射された光を入射させることが可能である。また,被検査体内部を伝播した光を検出する検出用光ファイバは,フォトダイオード,光電子増倍管に代表される光検出器を具備した検出器アレー(2−7)へ接続されている。この検出器アレーへ伝送された光は,電気信号へ変換され,該2−6に示した電子計算機へ通過光強度の情報がリアルタイムで伝送される。該電子計算機では,上述した光源の強度の制御に加えて,通過光強度の変化から生体内代謝物質の濃度変化を演算する機能や,その演算結果から生体内代謝物質の濃度変化をタイムコースや画像として表示する機能を具備している。
非特許文献4では,生体模擬試料を用いて,一対のセンサーがファントム内部での吸収係数変化を検出できる領域を計測している。この実施方法を,図5を用いて説明する。図5では,脳の構造をスラブ状であると仮定し,灰白質層での脳活動領域を設定している。設定した領域の中心位置を(Xc,Yc,Zc)と定義している。この脳活動領域での吸収係数(μa),脳活動前後ではμa1,脳活動期間中ではμa2であるとしている。そして,この吸収係数の変化に対して,一対のセンサーが検出する吸光度変化を,
更に,該非特許文献4では,その感度分布は,楕円形状の分布であることと,活動領域のサイズが大きくなると,その楕円形状は変化することが知られている(図6)。この楕円形状を記述するために,楕円関数を用いて,
生体内代謝物質の濃度変化を画像化するためには,複数の場所で生体内代謝物質の濃度変化を検出し,空間補間に代表される画像作成アルゴリズムに基づき,画像を再構成する必要がある。そこで,従来技術と同様に複数サンプリング点を配置する。
従来技術に示した照射用光ファイバと検出用光ファイバの配置方法では,サンプリング点の配置間隔は21mmである。この値は,非特許文献4に示してあるどの感度の空間特性のy方向の半値全幅より大きい。このため,この配置間隔をより近接して複数のサンプリング点を配置すれば,血液量変化の領域サイズの変化に伴う感度の空間特性の形状の違いを弁別することが可能となる。
1:光照射器と光検出器の中点
2:光照射器もしくは光検出器の直下
3:隣接する2対の光照射器,光検出器の中心
に相当する。
1:光照射器と光検出器の中点
2:光照射器もしくは光検出器の直下
3:隣接する2対の光照射器,光検出器の中心
に相当する。
1:光照射器と光検出器の中点
2:光照射器もしくは光検出器の直下
3:隣接する2対の光照射器,光検出器の中心
となっていたのに対して,
1:光照射器もしくは光検出器の直下
2:光照射器と光検出器の中点
3:光照射器と光検出器の中点
となっている。
1:光照射器と光検出器の中点
2:光照射器と光検出器の中点
3:光照射器と光検出器の中点
となっている。図16は,脳活動領域を再構成した画像であり,(1),(2)では,脳活動領域のサイズの差は1.8倍となったが,(3)では,3.1倍となった。(1),(2),(3)は,ぞれぞれ,光照射器と光検出器の中点となっているが,図15に示すように,光照射器と光検出器の配列には,異方性がある。その結果,面積比は,同じサンプリング点であっても,異なってしまった。
これまでに図12,図14,図16に示した結果を検討すると,以下の結果が明らかになった。第一に,実施例1に示した通り,脳活動のサイズの違いを表示するためには,A面とB面を用いて,全サンプリング点での血液量変化を算出し,各サンプリング点での位置情報を用いて空間的な補間処理を施し,その結果から血液量変化が極大となった位置を判別し,判別結果からその位置はA面またはB面のサンプリング点のどちらにより近いかを判別し,その判別した結果から,その面のサンプリング点のみを用いて画像を再構成すれば,脳活動サイズの違いをより明確に弁別できることである。第二に,図15に示した光照射器と光検出器の配置方法を用いることで,図10では検出できなかった脳活動を検出できる。具体的には,図12では,脳活動領域のサイズが小さい(Δx,Δy)=(15,4)の場合,場所(3)では,明確には脳活動に伴う血液量変化を画像化することができていない。これに対して,同じ脳活動領域のサイズと場所において,図16では,活動を画像化できる。この結果は,脳活動領域が小さい場合に,図15に示した光照射器と光検出器の配置方法が妥当であることを示している。
3−1:光源,3−2:検出器,3−3:サンプリング点
4−1:頭蓋骨,4−2:灰白質,4−3:照射用光ファイバ,4−4:検出用光ファイバ
6−1:光照射位置,6−2:光検出位置,6−3:感度の空間特性(1),6−4:感度の空間特性(2)
9−1:光照射器,9−2:光検出器
17−1:全サンプリング点を画像の再構成に使用することを選択するチェックボックス,17−2:A面もしくはB面のサンプリング点の何れかを画像に再構成することを選択するチェックボックス,
18−1:全サンプリング点を画像の再構成に使用すること得た画像,18−2:A面もしくはB面のサンプリング点の何れか画像再構成に使用した画像,
19−1:光照射器,19−2:光検出器。
Claims (15)
- 被検体に光を照射し、前記被検体内を伝播した光を受光し、前記被検体内の代謝物質の濃度変化を計測する生体光計測装置に使用される計測方法であって、
前記被検体上に二以上の光照射器と二以上の受光器からなる第一および第二のセンサーアレーを複数配置する第一のステップと、
前記第一および第二のセンサーアレーにより計測された前記代謝物質の濃度変化の極大位置を算出する第二のステップと、
前記極大位置が前記第一のセンサーアレーのサンプリング点と、前記第二のセンサーアレーのサンプリング点のどちらにより近いかを算出する第三のステップと、
前記第三のステップで前記極大位置により近いと算出されたサンプリング点を持つ前記第一または第二のセンサーアレーを用いて前記代謝物質の濃度変化を計測する第四のステップとを有することを特徴とする生体光計測方法。 - 前記第一および第二のセンサーアレーは、格子状に交互に配置された複数の前記光照射器と複数の前記受光器を有することを特徴とする請求項1記載の生体光計測方法。
- 前記光照射器と前記受光器はそれぞれほぼ等距離に配置されていることを特徴とする請求項2記載の生体光計測方法。
- 前記格子は菱形形状の組み合わせからなることを特徴とする請求項2記載の生体光計測方法。
- 前記第一のセンサーアレーは、前記第二のセンサーアレーのサンプリング点上に前記第一のセンサーアレーの照射器または受光器が配置されるように、配置されていることを特徴とする請求項2から4のいずれか一に記載の生体光計測方法。
- 前記第一のセンサーアレーまたは、前記第二のセンサーアレーまたは、前記第一および第二のセンサーアレーの両方、のいずれかを用いて前記代謝物質の濃度変化を計測するかを選択するステップを有することを特徴とする請求項1記載の生体光計測方法。
- 前記第四のステップにより得られた前記代謝物質の濃度変化から、前記代謝物質の濃度変化の分布を画像化する第五のステップを有することを特徴とする請求項1から6のいずれか一に記載の生体光計測方法。
- 前記サンプリング点は前記照射器と前記受光器の略中点であることを特徴とする請求項項1から7のいずれか一に記載の生体光計測方法。
- 被検体に光を照射する光照射器と、
前記被検体内を伝播した光を受光する受光器と、
複数の前記光照射器および複数の前記受光器からなる第一および第二のセンサーアレーと、
前記受光器で検出された光から前記被検体内の代謝物質の濃度変化を演算する演算手段とを有し、
前記演算手段は、
前記第一および第二のセンサーアレーにより計測された前記代謝物質の濃度変化の極大位置を算出し、
前記極大位置が前記第一のセンサーアレーのサンプリング点と、前記第二のセンサーアレーのサンプリング点のどちらにより近いかを算出し、
前記極大位置により近いと算出されたサンプリング点を持つ前記第一または第二のセンサーアレーを用いて前記代謝物質の濃度変化を算出することを特徴とする生体光計測装置。 - 前記第一および第二のセンサーアレーは、格子状に交互に配置された複数の前記光照射器と複数の前記受光器を有することを特徴とする請求項9記載の生体光計測装置。
- 前記光照射器と前記受光器はそれぞれほぼ等距離に配置されていることを特徴とする請求項9記載の生体光計測装置。
- 前記格子は菱形形状の組み合わせからなることを特徴とする請求項10記載の生体光計測装置。
- 前記第一のセンサーアレーは、前記第二のセンサーアレーのサンプリング点上に前記第一のセンサーアレーの照射器または受光器が配置されるように、配置されていることを特徴とする請求項10から13のいずれか一に記載の生体光計測装置。
- 前記代謝物質の濃度変化の分布を画像化する画像表示手段を有することを特徴とする請求項9から13のいずれか一に記載の生体光計測装置。
- 前記サンプリング点は前記照射器と前記受光器の略中点であることを特徴とする請求項9から14のいずれか一に記載の生体光計測装置。
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