JP2008086407A - 生体光計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、光ファイバの再調整作業を容易にし、オペレータ及び被検体の負担を軽減することができる生体光計測装置を得ることを目的とするものである。
【解決手段】制御部１２は、光量が不足している計測位置に対応する照射位置及び検出位置を、光量が許容値に達している計測位置に対応する照射位置及び検出位置とは異なる表示方法で表示部１７に表示する。この例では、自動ゲインの結果が不良であった計測位置に対応する照射位置マーク３３，３５及び検出位置マーク３４，３６が点滅表示され、自動ゲインの結果が良であった計測位置に対応する照射位置マーク３３，３５及び検出位置マーク３４，３６が点灯表示される。
【選択図】図３

Description

この発明は、光を用いて被検体の光学特性を計測する生体光計測装置に関するものである。

従来の生体光計測装置では、計測の準備段階で自動ゲイン及び照射光量調整が行われる。このとき、表示部には、照射位置、検出位置及び計測位置が表示され、計測位置には計測チャンネルの番号も表示される。そして、自動ゲイン及び照射光量調整が成功した場合は計測位置が緑色で表示され、失敗した場合には計測位置が赤色で表示される（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−２３７１９４号公報

上記のような従来の生体光計測装置では、計測位置の表示色を変化させることにより、自動ゲイン及び照射光量調整の失敗をオペレータに示しているため、その計測位置の状態を改善するためにどの光ファイバの装着状態を再調整すべきかがわかり難く、光ファイバの再調整作業に時間がかかり、オペレータ及び被検体の負担が大きくなる。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、光ファイバの再調整作業を容易にし、オペレータ及び被検体の負担を軽減することができる生体光計測装置を得ることを目的とする。

この発明に係る生体光計測装置は、被検体に装着されるプローブホルダと、先端部がプローブホルダに装着され、被検体に光を照射する複数の照射用光ファイバと、先端部がプローブホルダに装着され、被検体を通過した光を検出する複数の検出用光ファイバと、照射用光ファイバからの光の照射位置と検出用光ファイバによる光の検出位置との間に位置する複数の計測位置における光量が許容値に達しているかどうかを判定する制御部と、制御部における光量の判定結果を表示する表示部とを備え、制御部は、光量が不足している計測位置に対応する照射位置及び検出位置を、光量が許容値に達している計測位置に対応する照射位置及び検出位置とは異なる表示方法で上記表示部に表示する。
また、この発明に係る生体光計測装置は、被検体に装着されるプローブホルダと、先端部がプローブホルダに装着され、被検体に光を照射する複数の照射用光ファイバと、先端部がプローブホルダに装着され、被検体を通過した光を検出する複数の検出用光ファイバと、照射用光ファイバからの光の照射位置と検出用光ファイバによる光の検出位置との間に位置する複数の計測位置における光量が許容値に達しているかどうかを判定する制御部と、制御部における光量の判定結果を表示する表示部とを備え、制御部は、計測位置を複数のグループに分けグループ毎に異なる形状で表示部に表示するとともに、各計測位置に対応する照射位置及び検出位置は、その計測位置の表示形状と共通の特徴を持つ形状で表示部に表示する。

この発明の生体光計測装置は、光量が不足している計測位置に対応する照射位置及び検出位置が、光量が許容値に達している計測位置に対応する照射位置及び検出位置とは異なる表示方法で表示されるので、どの光ファイバを再調整すべきかをオペレータに容易に理解させることができ、光ファイバの再調整作業を容易にし、オペレータ及び被検体の負担を軽減することができる。
また、この発明の生体光計測装置は、計測位置、照射位置及び検出位置がグループ分けされた形状で表示されるので、計測位置と光ファイバとの対応関係をオペレータに容易に理解させることができ、光ファイバの再調整作業を容易にし、オペレータ及び被検体の負担を軽減することができる。

以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による生体光計測装置を示すブロック図である。図において、被検体１の頭部には、プローブホルダ２が装着される。プローブホルダ２には、複数の照射プローブ（図示せず）と複数の検出プローブ（図示せず）とが保持されている。照射プローブ及び検出プローブは、マトリクス状に交互に配置されている。

光源部５で発生された近赤外光は、複数本の照射用光ファイバ６を介して被検体１に照射される。各照射用光ファイバ６の先端部は、照射プローブを介してプローブホルダ２に装着されている。

光源部５は、所定の波長の光を放射する半導体レーザ３と、半導体レーザ３からの光を変調する複数の光モジュール７とを有している。各光モジュール７は、半導体レーザ３からの光をそれぞれ異なる周波数で変調する変調器（図示せず）を有している。光の波長は、生体内の注目物質の分光特性によるが、Ｈｂ及びＨｂＯ２の濃度から酸素飽和度や血液量を計測する場合、６００ｎｍ〜１４００ｎｍの波長範囲の中から１つ又は複数の波長が選択されて用いられる。

照射用光ファイバ６から被検体１に照射され被検体１を通過した光は、複数の検出用光ファイバ４を介して光計測部８に送られる。各検出用光ファイバ４の先端部は、検出プローブを介してプローブホルダ２に装着されている。

光計測部８は、検出された通過光の光量に応じた電気信号を発生するフォトダイオード等の複数の光電変換素子９と、光電変換素子９からの電気信号から対応する変調信号を選択的に検出するロックインアンプモジュール１０と、ロックインアンプモジュール１０の出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１１とを有している。

例えば、酸素化ヘモグロビン及び脱酸素化ヘモグロビンの２種類を測定対象とした場合、７８０ｎｍ及び８３０ｎｍの２種類の波長の光が発生され、これらの光が合成され１つの照射用光ファイバ６から被検体１に照射される。そして、ロックインアンプモジュール１０では、これらの２波長に対応した変調信号が選択的に検出される。これにより、照射用光ファイバ６からの光の照射位置と検出用光ファイバ４による通過光の検出位置との間に位置する計測位置に対して、チャンネル数の２倍のヘモグロビン量変化信号が得られる。

光源部５及び光計測部８は、制御部１２により制御される。制御部１２は、例えばコンピュータにより構成されており、制御部本体１３、記憶部１４、入出力部１５及び信号処理部１６を有している。信号処理部１６は、デジタル信号に変換されたヘモグロビン量変化信号を処理し、酸素化ヘモグロビン濃度変化、脱酸素化ヘモグロビン濃度変化及び全ヘモグロビン濃度変化等をチャンネル毎に示すグラフやそれを被検体１の二次元画像上にプロットした画像を作成する。

記憶部１４には、信号処理部１６の処理に必要なデータや処理結果が記録される。入出力部１５には、制御部１２の動作に必要な種々の指令が入力される。信号処理部１６には、信号処理部１６で作成された画像を表示する表示部１７が接続されている。

次に、図２は図１の生体光計測装置による計測作業の流れを示すフローチャートである。まず、オペレータは、ソフトウエアを起動し（ステップＳ１）、計測モードの選択を行い（ステップＳ２）、装置のパラメータを設定する（ステップＳ３）。これにより、表示部１７には、計測位置が表示される（ステップＳ４）。

この後、オペレータは、自動ゲイン動作を行わせるための指令を入力する（ステップＳ５）。ここで、計測位置における光量には、例えば毛髪や毛根の存在や被検体１へのプローブの密着度の違い等の影響によりばらつきが生じる。そこで、自動ゲイン動作では、検出される光量にゲイン値をかけて検出光量を均一化する。但し、光量が許容値に達していないと、Ｓ／Ｎ比が悪くなり、計測値の信頼性が確保できなくなるため、光量の許容値（下限値）、即ちゲイン値の上限値を設定し、自動ゲイン動作時には、計測位置における光量が許容値に達しているかどうかを制御部１２により判定する。

このような自動ゲインの結果は、表示部１７に表示される（ステップＳ６）。そして、自動ゲインの結果が全ての計測位置で良好であれば、自動ゲイン及び光ファイバ４，６の調整を終了する（ステップＳ７）。また、自動ゲインの結果、不良と判定された計測位置が存在した場合、光ファイバ４，６の再調整を行い（ステップＳ８）、自動ゲイン動作を再度実行させる。但し、不良と判定された計測位置の数や位置、又は被検体１の状態等により、再調整が不要であると判断される場合には、不良の計測位置が存在したままでも、自動ゲイン及び光ファイバ４，６の調整を終了することは可能である。

この後、計測を開始すると（ステップＳ９）、表示部１７には計測結果が表示される（ステップＳ１０）。この計測結果のデータをファイル登録した後（ステップＳ１１）、計測作業を終了する（ステップＳ１２）。

図３は図１の表示部１７による自動ゲイン結果表示画面の第１例を示す正面図である。表示画面２１の下部には、自動ゲインを１回だけ実行させる際に指定される単動作開始ボタン２２、自動ゲインを所定の周期で繰り返し実行させる際に指定される繰り返し動作開始ボタン２３、自動ゲインを停止させる際に指定される停止ボタン２４、及び自動ゲインに関する表示を終了する際に指定される出口ボタン２５が並べて表示されている。これらのボタン２２〜２５は、マウス又はキーボード等の入力手段（図示せず）により表示画面２１内で選択され指定される。

表示画面２１の中央には、被検体１の頭部形状を示すボディマーク２６が表示されている。ボディマーク２６内には、被検体１に対するプローブホルダ２の概略の配置領域を示す領域マーク２７が表示されている。領域マーク２７内の上部には、プローブホルダ番号表示部２８、プローブ配置パターン表示部２９、及び自動ゲインのパラメータ表示部兼設定部３０が表示されている。

制御部１２は、計測位置を複数のグループに分けグループ毎に異なる形状で表示部１７に表示する。この例では、計測位置が第１及び第２のグループに分けられており、第１のグループの計測位置を示す第１の計測位置マーク３１が小さい楕円形で表示され、第２のグループの計測位置を示す第２の計測位置マーク３２が小さい四角形で表示されている。第１の計測位置マーク３１と第２の計測位置マーク３２とは、縦方向及び横方向に整列され、かつ左右両端の縦列を除いて交互に配置されている。

また、計測位置マーク３１，３２内には、チャンネル番号が表示されている。さらに、自動ゲインの結果が良である場合と不良である場合とで、計測位置マーク３１，３２が異なる色で表示される。例えば、計測位置マーク３１，３２は、自動ゲインの結果が良であれば緑色（図では白色で示す）で表示され、不良であれば赤色（図では黒色で示す）で表示される。図３では、チャンネル０３、０５、１１、２４、３０、３２、３８が不良であることを示している。

また、制御部１２は、各計測位置に対応する照射位置及び検出位置を、その計測位置の表示形状と共通の特徴を持つ形状で表示する。この例では、第１のグループの計測位置に対応する照射位置を示す第１の照射位置マーク３３と、第１のグループの計測位置に対応する検出位置を示す第１の検出位置マーク３４とが大きい楕円形で表示されている。また、第２のグループの計測位置３２に対応する照射位置を示す第２の照射位置マーク３５と、第２のグループの計測位置３２に対応する第２の検出位置を示す第２の検出位置マーク３６とが大きい四角形で表示されている。

さらに、照射位置マーク３３，３５と検出位置マーク３４，３６とは異なる色で表示されている。例えば、照射位置マーク３３，３５は橙色（図では斜線を付している）で表示され、検出位置マーク３４，３６は白色で表示されている。さらにまた、照射位置マーク３３，３５及び検出位置マーク３４，３６内には、対応するプローブ番号が表示されている。

制御部１２は、光量が不足している計測位置に対応する照射位置及び検出位置を、光量が許容値に達している計測位置に対応する照射位置及び検出位置とは異なる表示方法で表示部１７に表示する。この例では、自動ゲインの結果が不良であった計測位置に対応する照射位置マーク３３，３５及び検出位置マーク３４，３６が点滅表示され、自動ゲインの結果が良であった計測位置に対応する照射位置マーク３３，３５及び検出位置マーク３４，３６が点灯表示される。

図３では、不良と判定されたチャンネル０３、０５、１１、２４、３０、３２、３８の計測位置に対応する照射位置マーク３３，３５及び検出位置マーク３４，３６が点滅していることを示している。

また、制御部１２は、照射位置及び検出位置を、対応する計測位置のうち光量が不足していると判定された計測位置の数に応じて異なる表示方法で表示部１７に表示する。この例では、照射位置マーク３３，３５及び検出位置マーク３４，３６は、対応する計測位置のうち光量が不足していると判定された計測位置の数に応じて異なる周波数で点滅表示される。

具体的には、自動ゲイン動作時に、照射位置及び検出位置毎に、その照射位置又は検出位置が対応する計測位置のうち不良と判定された計測位置の数がカウントされる。そして、カウント数が０であれば表示方法を変更しないで点灯表示とする。

また、カウント数が１以上閾値（例えば２）未満であれば、その照射位置マーク３３，３５又は検出位置マーク３４，３６が遅い速度（例えば１Ｈｚ）で点滅される。さらに、カウント数が閾値以上であれば、その照射位置マーク３３，３５又は検出位置マーク３４，３６が速い速度（例えば２Ｈｚ）で点滅される。このような点滅表示は、マーク全体であっても、背景色のみ又はプローブ番号のみであってもよい。

例えば、図３の左上角に位置するプローブ番号「１１」の第１の照射位置マーク３３は、対応するチャンネル０１、０７の計測位置の判定結果がいずれも良であるため、カウント数は０となり、点灯表示されている。

また、プローブ番号「１１」の第１の検出位置マーク３４は、対応するチャンネル０１、０３、０９の計測位置のうちチャンネル０３の判定結果が不良であるため、カウント数は１となり、遅い速度で点滅表示されている。

さらに、プローブ番号「１２」の第１の照射位置マーク３３は、対応するチャンネル０３、０５、１１の計測位置の全ての判定結果が不良であるため、カウント数は３となり、速い速度で点滅表示されている。

図３では、プローブ番号「１１」、「１２」及び「１４」の３つの第１の検出位置マーク３４と、プローブ番号「２３」、「２５」、「２６」及び「２７」の４つの第２の照射位置マーク３５とが遅い速度で点滅されている。また、プローブ番号「１２」の第１の照射位置マーク３３と、プローブ番号「２５」の第２の検出位置マーク３６とが速い速度で点滅されている。

このような生体光計測装置では、光量が不足している計測位置に対応する照射位置及び検出位置が、光量が許容値に達している計測位置に対応する照射位置及び検出位置とは異なる表示方法で表示されるので、どの光ファイバ４，６を再調整すべきかをオペレータに容易に理解させることができ、光ファイバ４，６の再調整作業を容易にし、オペレータ及び被検体の負担を軽減することができる。

また、計測位置、照射位置及び検出位置がグループ分けされた形状で表示されるので、計測位置と光ファイバ４，６との対応関係をオペレータに容易に理解させることができ、これによっても光ファイバ４，６の再調整作業を容易にし、オペレータ及び被検体の負担を軽減することができる。

さらに、計測位置と照射位置及び検出位置との関係についての前提知識を十分に有していないオペレータによる操作を可能とすることができる。
さらにまた、誤操作の確率を低減することができる。

ここで、この例の生体光計測装置においては、照射用光ファイバ６及び検出用光ファイバ４が、一部の計測位置が他の計測位置に対応する照射位置又は検出位置と近接するようにプローブホルダ２に高密度で配置されている。このため、互いに近接して配置された計測位置と照射位置又は検出位置とは重ねて表示されている。このように、光ファイバ４，６が高密度配置されている場合、実施の形態１による表示方法を適用することにより、光ファイバ４，６の再調整作業を顕著に容易にすることができ、特に有効である。

また、光量が不足している計測位置に対応する照射位置及び検出位置を点滅表示とし、光量が許容値に達している計測位置に対応する照射位置及び検出位置を点灯表示としたので、どの光ファイバ４，６を再調整すべきかをオペレータにさらに明確に知らせることができる。

さらに、照射位置及び検出位置を、対応する計測位置のうち光量が不足していると判定された計測位置の数に応じて異なる表示方法で表示するので、再調整を必要とする光ファイバ４，６の優先順位を明確にすることができ、光ファイバ４，６の再調整作業をさらに容易にすることができる。

ここで、図４は図１の表示部による自動ゲイン結果表示画面の第２例を示す正面図である。この例では、光ファイバ４，６が通常密度で配置された２枚のプローブホルダ２が用いられている。このため、表示画面２１内には、２つの領域マーク２７ａ，２７ｂが表示されている。領域マーク２７ａ，２７ｂ内の上部には、プローブホルダ番号表示部２８ａ，２８ｂ、プローブ配置パターン表示部２９ａ，２９ｂ、及びパラメータ表示部兼設定部３０ａ，３０ｂがそれぞれ表示されている。

また、左側のプローブホルダ２における計測位置、照射位置及び検出位置が第１のグループとして表示され、右側のプローブホルダ２における計測位置、照射位置及び検出位置が第２のグループとして表示されている。

図４では、左側の領域マーク２７ａ内のチャンネル０１、０２、０５、１３、１５、１７、２０の計測位置が不良と判定されている。また、プローブ番号「１１」、「１２」及び「１３」の３つの第１の照射位置マーク３３と、プローブ番号「１４」、「１５」、「１６」、「１８」の４つの第１の検出位置マーク３４とが遅い速度で点滅されている。さらに、プローブ番号「１６」の第１の照射位置マーク３３と、プローブ番号「１１」の第１の検出位置マーク３４とが速い速度で点滅されている。

このように、光ファイバ４，６が通常密度で配置された２枚のプローブホルダ２を用いる場合でも、この発明の表示方法を適用することができ、光ファイバ４，６の再調整作業を容易にすることができる。

また、図５〜図８は図１の表示部による自動ゲイン結果表示画面の第３〜６例を示す正面図である。これらの例では、不良と判定された計測位置に対応する照射位置及び検出位置を点滅表示せず、計測位置、照射位置及び検出位置を単にグループ毎に異なる形状で表示するに留めている。このように、グループ毎のマーク形状を変えるだけでも、計測位置と光ファイバ４，６との対応関係をオペレータに容易に理解させることができ、特に図７及び図８に示すような高密度配置の場合には有効である。

例えば、図７ではチャンネル０３の計測位置が不良と判定されているが、この計測位置には、プローブ番号「２１」の検出位置ではなく、プローブ番号「１２」の照射位置及びプローブ番号「１１」の検出位置が対応することがマーク形状から容易に理解できる。

なお、自動ゲインの結果（良・不良）と点灯／点滅との関係は、逆であってもよい。
また、表示方法の変え方は、点灯／点滅に限るものではなく、例えば色の違いによる表示方法の変化、点灯／消灯による表示方法の変化、明暗による表示方法の変化等であってもよい。
さらに、上記の例では、自動ゲイン動作時にこの発明の表示方法を適用したが、照射光量の調整を行う場合にも同様に適用できる。
さらにまた、上記の例では、２種類の計測位置を形状で示したが、計測位置、照射位置及び検出位置の組をそれぞれ個別の形状で表示することも可能である。この場合、複数の計測位置に対応している照射位置及び検出位置を、複数の形状を重ねた形状で表示すればよい。

この発明の実施の形態１による生体光計測装置を示すブロック図である。 図１の生体光計測装置による計測作業の流れを示すフローチャートである。 図１の表示部による自動ゲイン結果表示画面の第１例を示す正面図である。 図１の表示部による自動ゲイン結果表示画面の第２例を示す正面図である。 図１の表示部による自動ゲイン結果表示画面の第３例を示す正面図である。 図１の表示部による自動ゲイン結果表示画面の第４例を示す正面図である。 図１の表示部による自動ゲイン結果表示画面の第５例を示す正面図である。 図１の表示部による自動ゲイン結果表示画面の第６例を示す正面図である。

符号の説明

１ 被検体、２ プローブホルダ、４ 検出用光ファイバ、６ 照射用光ファイバ、１２ 制御部、１７ 表示部。

Claims (4)

1. 被検体に装着されるプローブホルダと、
   先端部が上記プローブホルダに装着され、上記被検体に光を照射する複数の照射用光ファイバと、
   先端部が上記プローブホルダに装着され、上記被検体を通過した光を検出する複数の検出用光ファイバと、
   上記照射用光ファイバからの光の照射位置と上記検出用光ファイバによる光の検出位置との間に位置する複数の計測位置における光量が許容値に達しているかどうかを判定する制御部と、
   上記制御部における光量の判定結果を表示する表示部と
   を備えた生体光計測装置において、
   上記制御部は、光量が不足している計測位置に対応する照射位置及び検出位置を、光量が許容値に達している計測位置に対応する照射位置及び検出位置とは異なる表示方法で上記表示部に表示することを特徴とする生体光計測装置。
2. 上記制御部は、光量が不足している計測位置に対応する照射位置及び検出位置を点滅及び点灯のいずれか一方で表示させ、光量が許容値に達している計測位置に対応する照射位置及び検出位置を点滅及び点灯のいずれか他方で表示することを特徴とする請求項１記載の生体光計測装置。
3. 上記制御部は、照射位置及び検出位置を、対応する計測位置のうち光量が不足していると判定された計測位置の数に応じて異なる表示方法で上記表示部に表示することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の生体光計測装置。
4. 被検体に装着されるプローブホルダと、
   先端部が上記プローブホルダに装着され、上記被検体に光を照射する複数の照射用光ファイバと、
   先端部が上記プローブホルダに装着され、上記被検体を通過した光を検出する複数の検出用光ファイバと、
   上記照射用光ファイバからの光の照射位置と上記検出用光ファイバによる光の検出位置との間に位置する複数の計測位置における光量が許容値に達しているかどうかを判定する制御部と、
   上記制御部における光量の判定結果を表示する表示部と
   を備えた生体光計測装置において、
   上記制御部は、計測位置を複数のグループに分けグループ毎に異なる形状で上記表示部に表示するとともに、各計測位置に対応する照射位置及び検出位置は、その計測位置の表示形状と共通の特徴を持つ形状で上記表示部に表示することを特徴とする生体光計測装置。

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