JP2009022353A

JP2009022353A - 生体光計測装置

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Publication number: JP2009022353A
Application number: JP2007185714A
Authority: JP
Inventors: Tsukasa Funane; 司舟根; Atsushi Maki; 敦牧; Masafumi Kiguchi; 雅史木口
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2007-07-17
Filing date: 2007-07-17
Publication date: 2009-02-05
Anticipated expiration: 2027-07-17
Also published as: JP4948300B2

Abstract

【課題】生体光計測装置において，光照射プローブの照射する光強度をより効率的に検出し得る技術を提供する。
【解決手段】光照射プローブと受光プローブとを被検体上に配置し，光照射プローブから照射され生体内を透過又は反射した光を受光プローブによって検出し，得られた信号に基づき被検体内の情報を計測するよう構成した生体光計測装置において，光照射強度を検出する手段を内部に持つ筐体を有し，ファイバなどに影響され得る光照射強度を直接測定し，それを用いて各光源の光照射強度を調整することにより効率的に，計測誤差の小さい測定が実現される。また，光源又はファイバの故障の診断も可能となる。さらに，計測の再現性も向上する。また，受光プローブが信号と判断し得る光を筐体中の光照射装置が照射することにより，各受光プローブが受け取る光の強度を得ることが可能であり，受光プローブにおける断線，又は信号が無い，などの故障の検出も可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は，光計測技術に係り，特に，生体内部の情報を，光を用いて計測する技術に関する。

生体光計測装置は，光照射・受光プローブを計測部位に装着し，光源から照射され光照射プローブを介して生体内部を透過散乱してきた光を，受光プローブを介して受光器で受光することにより，生体内部の情報を得るものである。

例えば，被検体の頭部に複数の光照射・受光プローブを配置し，近赤外光を用いて賦活時の時空間的な情報を計測する技術が知られている（例えば，非特許文献１参照）。この技術では，頭皮上より照射した近赤外光を約30mm離れた場所から受光することにより，その照射点と受光点の間にある大脳皮質のヘモグロビン濃度変化を計測する。ヘモグロビンは赤血球中にあり酸素を運ぶ重要な物質で，酸素を取り込んだときと放出したときで異なる光吸収スペクトルを示す。従って波長帯の異なる２つ以上の光を用い，各波長帯の光の透過光強度の変化を測定することで，酸素化及び脱酸素化ヘモグロビンの濃度変化を算出できる。脳活動に伴い局所的な血液動態，すなわちヘモグロビン濃度が変化するため，脳活動の時空間的変化を計測することが可能である。具体的には，人の知覚機能や運動機能の賦活に伴い，その機能を司る大脳皮質領野の血液量が局所的に増加するため，該当部位の酸素化ヘモグロビンや脱酸素化ヘモグロビンの濃度変化から，脳の活動状況が評価できる。

上記計測においては，受光プローブが受光する光の強度は対応した光照射プローブの光照射強度に強く依存し，光照射強度が弱いものについては，信号の信号対雑音比（Signal to Noise Ratio: SNR）が低くなってしまうため，光照射強度を大きくすることが精度向上につながる。また，光の生体透過性には波長依存性があり，それを考慮し，実際に生体計測時の受光強度をもとに，計測誤差を最小にするような波長間の最適な光照射強度比率に各光照射プローブの光照射強度を調整する装置が特許文献１に記載されている。

また，生体の複数の計測部位間で生体構造の不均一性から，光の透過性のばらつきがあるために，信号強度レベルにばらつきが生じてしまうことがある。これはSNRにばらつきを生じさせることにつながる。これを解決するために，受光強度を基準にして，受光強度を適切に調整する方法（例えば，特許文献２参照）や，照射強度を調整することにより各計測点間の受光強度のばらつきを低減する方法（例えば，特許文献３参照）がある。

上記特許文献１〜３の方法にあるように，計測に使用する複数の波長の照射強度を個別に調整することは，計測誤差を低減したり，計測部位間のSNRのばらつきを低減したりするのに重要である。従来はこれを行うために，各受光器における受光強度を基準に，対応する光源の光強度を調整したり，又は光パワーメータを用いて各光源の照射強度を一つ一つ手動で調整したりする必要があった。つまり，各受光器における受光強度を基準にしていたのでは，受光器の特性が各々異なるために，同じ基準になっておらず，精度良く複数の波長の照射光強度を個別に調整することはできない。また，光パワーメータを用いて各光源の照射強度を一つ一つ手動で調整するのには非常に手間がかかる。また，生体に対する安全性の観点から光照射強度が制限される場合には，複数の計測点において同じ基準にて光照射強度を調整する必要がある。

Atsushi Maki et al., Medical Physics 22, 1997-2005, (1995) WO 2005/041771 A1 特開2000-116625号公報特開2006-43169号公報

従来の複数計測点を有する生体光計測装置では，各計測点に対応する受光プローブが，各々に対応する光源より照射される光を受光するようになっているが，各受光プローブにおける光検出器の感度や効率，導波路の損失，ノイズレベル等にはばらつきがあり，それらは時間とともに変動する。

実際の計測では，ヘモグロビン濃度変化の算出のために光の吸収量変化を用いるため，受光強度の変化が計測できればよく，計測点（計測チャンネル）間で受光器の感度や光源の照射強度にばらつきがあってもヘモグロビン濃度変化の算出は可能である。しかしそれでは特性の異なる複数の受光プローブによって光を受光することになり各計測点における光照射強度の比較を行うことが難しく，しかもそれらの光源系や受光系の特性が長期的に変動するような場合，計測の再現性に問題が生じる。さらに，生体に照射される光照射強度は，生体への安全性の観点から制限されるため，生体に照射される光照射強度を精度良く計測する必要があったが，統一した基準で光照射強度を調整するためには，一つ一つの光源からの光照射強度を光パワーメータで計測するなどの方法が取られるのが現状であり，非常に手間のかかる作業であった。

また，計測により得られた検出光量に不具合があった場合に，光源系の故障によるものなのか，受光系の故障によるものなのかの判断が難しく，その判断を高速に行うことが難しかった。

つまり従来の計測方法では，各光照射プローブの光照射強度を精度良く計測することができず，それらを計測点間で厳密に比較することは難しい。そしてそのことにより計測条件の再現性を維持することが難しい。また，光源系・受光系の故障の判別を高速に行うことが難しい。

本発明の目的は，上記課題を解決するための技術を提供することにある。

上記目的を達成するために，本発明の生体光計測装置は，被検体へ光を照射する複数の光照射プローブと，前記光照射プローブから照射され前記被検体を伝播又は反射した光を検出する複数の受光プローブとを被検体上に配置し，前記受光プローブによって検出された信号に基づき，被検体内の情報を計測するよう構成した従来の生体光計測装置に加えて，各光照射プローブの光照射強度を計測するための計測装置を有する。

この計測装置は前記複数の光照射プローブからの光を順次照射させることにより各光照射プローブの光照射強度を順次計測する特徴を持つ。

前記計測装置は，光照射・受光プローブをそのまま挿入することのできる筐体を有し，その中において，入射した光を必要に応じレンズ等の集光器又は散乱体を透過させた後にイメージセンサ又は複数の光検出器へ入射させる機構を有する。散乱体には，例えば，エポキシ樹脂等の樹脂に，酸化チタン等の金属粉末が含有したものを用いる。又は，使用する波長帯に合わせて，使用する散乱体を変更しても良い。

イメージセンサ又は複数の光検出器に受光された光は電気信号に変換され，本生体光計測装置本体へ有線・無線等の手段で情報が伝えられる。伝えられた情報は，どの光照射プローブがどれだけの光照射強度であるかがわかるように画面に表示される。

このとき，イメージセンサ又は複数の光検出器に受光された光は，筐体上の挿入位置に依存した光の減衰を受けているため，あらかじめ各使用波長帯の光照射強度の既知な光源を各挿入部に挿入して計測を行っておくことにより求められた補正係数を用いることで，各光源の光強度を精度良く測定可能となる。

それを行うためには，各光照射プローブが筐体上のどの挿入部に挿入されたかを知る必要があるが，イメージセンサ又は複数の光検出器で各光照射プローブから照射される光を検出し，イメージセンサ上での受光パターンあるいは複数の光検出器での受光強度の比などを用いることにより，各光照射プローブの位置が検知可能となる。また，光の照射順により，ある特定の時間帯に検出された光がどの光照射プローブからのものであるか区別することが可能なため，各光照射プローブがどの挿入部に挿入されたかが判別可能となり，各挿入部の位置・照射光の波長帯に依存した補正係数を用いて各光源の光強度を求めることが可能となる。

尚，この筐体には同時に受光プローブも挿入されており，受光プローブが信号と判断し得る光を筐体中の光照射装置が照射することにより，各受光プローブが受け取る光の強度を得ることが可能であり，受光プローブにおける断線，又は信号が無い，などの故障の検出も可能である。この筐体が照射する光は，各光照射プローブより照射される光とは干渉しないように照射を行う。

本発明の生体光計測装置により，得られた光照射強度の情報に基づき，各光照射強度を制御したり受光プローブのゲインを高めたりという調整を自動で行うことが可能となり，また，画面操作等によりオペレータが手動で調整することも可能である。
さらに光照射強度・受光強度より，各光照射プローブ，各受光プローブの故障を自動で検出することが可能である。

本発明の生体光計測装置は，光照射強度を精度良く計測することで，それに基づいて光照射強度を調整することを可能とする。また，このことで計測の再現性を維持でき，各計測点間での計測条件のばらつきを低減させ，光照射強度を高精度で調整するために必要な情報を与え得る。以上のことから，高精度な計測条件を維持することが可能となる。

また，本発明の生体光計測装置は光照射プローブ・受光プローブのいずれに対しても迅速に故障を検出することが可能である。

以下，図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
図１に，本発明による生体光計測装置の光源調整補助装置の概念図を示す。光照射プローブ・受光プローブは生体光計測装置本体と光ファイバケーブル又は導線１１によって結合されており，光源の調整時に光照射プローブ１２，１４と受光プローブ１３は，光源調整補助装置の筐体１６上の，複数のプローブ挿入部１５に着脱可能に挿入される。筐体１６中にはレンズ等の集光器１７が設置されている。これにより，複数のプローブ挿入部１５より挿入された光照射プローブ１２，１４から照射される光１８を狭い範囲に集光することが可能となる。集光された光はイメージセンサ又は複数の光検出器２１にて検出され，処理データは筐体と生体光計測装置本体間のデータ通信用ケーブル２２を介して生体光計測装置本体に送られる。これにより，生体光計測装置本体は，各光照射プローブの光照射強度を得て，結果を画面表示，又は光照射強度の調整などを行うことが可能となる。

また，筐体１６の中の光照射装置２０から照射される光１９はレンズ等の集光器１７を透過してプローブ挿入部１５に挿入された複数の受光プローブ１３に入射される。受光プローブ１３で受光した光は，光ファイバケーブル又は導線１１により，生体光計測装置本体に，光として，又は電気信号として送られる。これにより，生体光計測装置本体は，複数の受光プローブで受光した光の強度情報から，受光プローブ１３を含む系の故障を診断することが可能である。

生体光計測装置本体を含めた全体の装置構成を，図２のブロック図に示した。生体光計測装置本体１００の複数の光源１０１と複数の受光器１０２は光照射・受光プローブを介して，筐体１６と光学的に接続される。光源１０１から照射される光はレンズ等の集光器１７を透過しイメージセンサ又は複数の光検出器２１に入射する。レンズ等の集光器１７を配置することにより，光照射プローブが図１に示した筐体上部の球面状の領域に分散して配置しても，狭い範囲のイメージセンサ又は複数の光検出器２１に光を入射させることが可能となる。イメージセンサ又は複数の光検出器２１で受光した光はデータ処理部２００で，装置本体へ送信，あるいは増幅して装置本体へ送信，あるいは増幅後にアナログ／デジタル変換して装置本体へ送信するための処理をされ，処理データが本体側データ処理部１０３へ送られ，結果は画面表示部１０４に表示されると同時に，本体側データ処理部１０３での各種処理結果をもとに光照射強度入力手段１０６にて手動又は自動にて光照射強度が光照射強度調整手段１０７に入力され，光源１０１のそれぞれの光照射強度が調整される。以上の処理を繰り返すことで，あらかじめ条件入力手段１０５にて設定された光照射強度の目標値に調整される。

また，筐体１６内には光照射装置２０を配置する。これにより，光照射装置２０から出射する光がレンズ等の集光器１７を透過して受光器１０２に入射する。受光器１０２には，フォトダイオード，アバランシェフォトダイオード，光電子増倍管等の光検出器を用いる。各々の光の伝送路は光ファイバであっても良い。受光器１０２は，図２のように生体光計測装置本体１００の外部に設置しても良いし，光ファイバを介することで，生体光計測装置本体１００の内部に設置しても良い。受光器１０２に入射した光は光電変換された後，アナログ／デジタル変換器１０８にてデジタル信号に変換され，本体側データ処理部１０３に入力される。

尚，ここで集光器１７の代わりに，または集光器１７に追加して，複数のプローブ挿入部１５とイメージセンサ又は複数の光検出器２１の間に散乱体２３を設置することも可能である。これにより，各プローブ挿入部からの光は散乱体で反射された後にイメージセンサ又は複数の光検出器２１で検出されるため，入射光の軸のばらつきや拡がり角のばらつきがあっても，それらの影響を小さくすることが可能となる。散乱体が無い場合には，光軸が多少ずれただけで，イメージセンサ又は複数の光検出器２１での検出が困難になる。光照射装置２０から照射される光についても，散乱体内を伝播することで，様々な角度から受光器１０２へ光が入射することにより，受光器１０２の挿入角度などのばらつきがあっても，影響が小さくなる。つまり，散乱体を用いることで光が分散されるため，特定の狭い領域へ光を導く必要が無くなる。散乱体には，例えば，エポキシ樹脂等の樹脂に，酸化チタン等の金属粉末が含有したものを用いる。又は，使用する波長帯に合わせて，使用する散乱体を変更しても良い。

本体側データ処理部１０３には，条件入力手段１０５から，レーザ安全基準を考慮した光源パワーの制約条件や，波長毎に設定すべき光源パワーの比率，各波長の光源パワーを等しくするときのパワー値などが入力される。条件入力手段１０５に入力する設定値は保存することも可能であり，保存された設定値を読み込むことで，時間を短縮することが可能となる。また，筐体１６内にあるイメージセンサ又は複数の光検出器２１で検出された，各光源１０１のパワー情報が，筐体１６内のデータ処理部２００より入力される。本体側データ処理部１０３では以上の入力を元に，各受光器１０２における受光量の結果，各光源１０１のパワー情報，そして条件入力手段１０５より入力された条件を，画面表示部１０４にて表示させる。また，本体側データ処理部１０３内で，条件入力手段１０５より入力された条件に基づく目標パワーと，各光源１０１のパワー情報を元に，各光源１０１のパワーを微調整するための制御信号を，光照射強度入力手段１０６に送る。光照射強度入力手段１０６では，入力された光照射強度を，光照射強度調整手段１０７に入力するが，装置のオペレータが，画面表示部１０４の表示を見て，手動で入力することも可能である。光照射強度調整手段では，各光源１０１のパワーを微調整するために，各光源１０１に流れる電流を直接変化させたり，各光源１０１にかかる電圧を直接変化させたり，各光源１０１の温度をペルチェ素子等の外部温調器具にて調整する。

以上の一連の処理により，光照射強度の調整，故障検出，受光器系の故障検出を行うことができ，結果は画面表示部１０４にて表示され，オペレータに伝えられる。
このように，光照射強度の調整，故障検出，受光器系の故障検出を終えたあとに，光照射・受光プローブを図１に示した筐体から取り外し，図３に示すような別の生体光計測用のホルダ４０に固定する。続いて，光照射・受光プローブを固定したホルダをヒト頭部に装着し，被験者・計測位置・受光プローブの個体差に依存して異なる光の受光量を所定の値に調整するために，受光プローブのゲイン調整が行われる。つまり，光照射強度と受光プローブのゲインは独立に調整可能である。光照射強度を，被検体に影響されずに独立に調整可能なので，計測の再現性が向上する。つまり，別の日に行う計測において，光源のレーザの劣化状態が以前と異なっていても，生体に入射するパワーを同じ値に調整することが可能である。光の透過度の違いによるゲイン調整は受光プローブ側でのみ行うことで，各被検体間における光の透過率の比較も精度良く行える。このような調整の後に，本計測が開始される。

尚，装置の構成としては，図４に示すように，光源調整補助装置が，生体光計測装置本体とは独立にあっても同じことである。光源調整補助装置による計測結果及び光強度計測装置の制御状況を表示する表示部４００を有し，イメージセンサ２１での受光信号の処理を選択，あるいは表示部４００において表示する内容を選択，あるいは光照射装置２０の光照射強度や光照射方法を制御するための制御信号を筐体１６内のデータ処理部２００へ入力する制御信号入力部３００を有する。オペレータは表示部に表示される情報を元に，制御信号入力部を介して，光源調整補助装置を操作することが可能となる。また，オペレータは表示部４００に表示される情報を元に，生体光計測装置本体１００を操作して，光源１０１の光照射強度を調整することも可能である。例えば，光源１０１の一つの光照射強度が小さいときは，該当する光源に流れる電流を増加させるなどの処理を生体光計測装置本体１００で行うことにより，光源１０１の光照射強度を調整する。

図５に，調整の開始から本計測までのフローチャートを示す。最初に，光照射・受光プローブを筐体１６に挿入する（Ｓ１１）。次に，条件入力手段１０５から，制約条件（各波長光照射強度，安全基準等の制約条件，照射順序等）を入力する（Ｓ１２）。その後，光照射強度が自動で調整される（Ｓ１３）。ここまでで光源と受光器の故障診断も完了し，光照射・受光プローブを筐体１６から取り外して生体光計測用のホルダに固定し，そのホルダをヒト頭部に装着する（Ｓ１４）。その後光を照射し，受光器で検出されるパワーを基に，装置の検出器のゲインを調整し（Ｓ１５），その後，本計測が開始される（Ｓ１６）。

図６は本計測前に，全光照射プローブの光照射強度をまとめて計測するときのフローチャートである。光照射・受光プローブを光源調整補助装置の筐体に挿入し（Ｓ２１），複数の光照射プローブから順次光を照射し（Ｓ２２），イメージセンサ又は複数の光検出器で光を受光する（Ｓ２３）。そして，その計測結果を画面に表示する。ここで光照射・受光プローブを筐体に挿入するときには，各プローブの挿入する位置は問わない。

図７に示すように，筐体１６上の各光照射プローブ挿入部１５の位置と，そこから入射された光がイメージセンサ２１で受光されたときの二次元分布は一対一に対応しており，事前にそのパターンを計測しておく。このパターンは，どのプローブを挿すかにより多少異なっても良く，筐体上の各光照射プローブ挿入部からの光が分離できれば十分である。実際に，各プローブから照射される光の光学的な特性が全く同一であることはあり得ないため，多少のずれは生じる。また，イメージセンサの代わりに複数の光検出器を用いた場合には，各光検出器は各プローブ挿入部からの位置的関係がそれぞれで異なるため，各光検出器の受光強度が異なる。しかし，各光検出器の受光強度比率は，光照射強度が変わってもほぼ変わらないと考えられるため，筐体上の各挿入部の位置と，各光検出器の強度比率は一対一に対応しており，事前に強度比率を各挿入部からの光入力により計測しておく。筐体上の各挿入部の位置と，各光検出器の強度比率の対応関係についても，どのプローブを挿すかにより多少異なっても良く，各挿入位置からの光が分離できれば十分である。

以上のように，イメージセンサ又は複数の光検出器を用いて，照射された光がどの挿入部から入射したかということを自動で判別可能である。また，照射された光がどの光照射プローブから照射されたかということを，光の照射順番を用いて検出する（Ｓ２４）。例えば，１番目の照射：プローブ１の波長１，２番目の照射：プローブ１の波長２，３番目の照射：プローブ２の波長１，などと順に照射することで，光の照射順番から，どの光照射プローブから光であるかを検出可能である。よって各光照射プローブの光強度を求めるときに，挿入位置も同時に知ることができるため，挿入位置と使用波長帯に依存した補正係数を用いることで，精度良く光強度を算出可能である。例えば，イメージセンサ又は複数の光検出器で得られた受光強度電圧積算値（単位：V）に補正係数を掛け合わせることにより，実際の光照射強度（単位：W）を計算できる。

補正係数に関しては，事前に光強度・波長帯が既知の光源を用いて求めておくことが可能である。つまり，各使用波長帯においてあらかじめ光照射強度の既知な（例えば，P[mW]の）光源を挿入部iに挿入してイメージセンサ又は複数の光検出器に受光された光の積分値が，Q_iであったとすれば，挿入部iにおける補正係数をP/Q_iと定め，光照射強度が未知の光源に対しても，イメージセンサ又は複数の光検出器に受光された光の積分値に対して，補正係数P/Q_iをかけることで，光源の光照射強度を精度良く推定することが可能となる。ここで，イメージセンサ又は複数の光検出器での受光量変化の，光源の挿入位置以外の要因（例えば，光源の拡がり角のばらつき）は無視できると仮定している。

筐体１６内のデータ処理部では，イメージセンサ２１あるいは複数の光検出器による計測結果を処理し，データ通信用ケーブル２２を介して本体へデータ送信する（Ｓ２５）。本体では，画面表示部１０４に計測結果を表示する（Ｓ２６）。

筐体上の光照射プローブの挿入部とイメージセンサ（又は複数の光検出器）の間には，複数の波長を分離するための分光器を設置することができる。例えば，図８に示すように，レンズの代わりにプリズム分光器３０を用いれば，同じ光照射プローブから複数の波長が照射されたとしても，波長による屈折率の違いにより，筐体上の，同一の各光照射プローブ挿入部から入射された複数の波長帯の光は，例えば第一の波長帯の光３１と，第二の波長帯の光３２に分光される。そして分光された複数の波長帯の光は，イメージセンサ２１上又は複数の光検出器において，異なる位置又はパターンで検出されるため，複数の波長の光を同時に照射しても，それぞれの波長の光の強度を検出可能である。よって，同じ光照射プローブ内であれば，各波長を時分割で照射しなくとも，各波長の光強度を計測することが可能となり，処理をより高速にすることが可能である。

図９は，計測された光照射強度を用いて光照射プローブの光照射強度を調整するときのフローチャートである。光照射・受光プローブを光源調整補助装置の筐体に挿入し（Ｓ３１），条件入力手段１０５から，制約条件（各波長光照射強度，安全基準等の制約条件，照射順序等）や目標条件を入力する（Ｓ３２）。次に，各光照射プローブから各波長の光を順次照射し（Ｓ３３），イメージセンサ又は複数の光検出器で光を受光する（Ｓ３４）。筐体１６内のデータ処理部では，イメージセンサ２１あるいは複数の光検出器による計測結果を処理し，データ通信用ケーブル２２を介して本体へデータ送信する（Ｓ３５）。装置本体では，画面表示部１０４に計測結果を表示する（Ｓ３６）。その後，計測結果が制約条件を満たしているかどうかを判定し（Ｓ３７），満たしていない場合には，光照射強度入力手段１０６及び控え光照射強度調整手段１０７によって光照射強度を調整する（Ｓ３８）。その後，再び各光照射プローブから各波長の光を順次照射し（Ｓ３３），計測を続行する。

こうして，計測された光照射強度をもとに，自動又は手動入力により光照射強度の調整を行う。各波長の光照射強度を個別に設定可能であるので，各波長の照射強度比率を精度良く設定することが可能である。

このときの計測結果表示画面の一例を図１０に示す。各光照射器の各波長（この場合は695nmと830nm）の光照射強度が表示され，光照射強度を変更せずに再計測を行う，調整をやり直す，制約条件・目標強度の設定変更などの選択が可能である。さらに，設定値を保存しておくことで計測の再現性が向上する。経験に基づく各波長照射強度比率のテーブルを用いることも可能である。レーザ安全基準等の制約条件には，例えば，総光量を一定以下にする，各光照射強度の逆数の和を一定値以上にするというような条件を入力することができ，この設定に基づいた光照射強度の調整を行うことができる。

図１１は，光照射プローブ側の故障箇所検出を行うときのフローチャートである。図１１のステップ４１からステップ４４までの処理は，図９のステップ３１からステップ３４までの処理と同じである。次に，図６のステップ２４と同様の手順で，イメージセンサ上の受光天一から筐体１６への挿入位置を弁別し，照射順から光源を弁別する（Ｓ４５）。次に，受光強度値が設定範囲外の光源があるかどうかを判定し（Ｓ４６），全ての光源の受光強度値が設定範囲内の場合には正常と判定し（Ｓ４７），計測結果を画面に表示する（Ｓ５１）。また，ステップ４６の判定がYESの場合には，更に，同一光照射プローブからの波長のうち，特定の波長のみの光強度が設定範囲から逸脱しているか否かを判定し（S４８），特定の波長の光強度値のみが設定範囲外の場合には，その波長の光源の故障であると判定し（Ｓ４９），全波長の光強度が設定範囲から逸脱しているときには，該当する光照射プローブに関係する導波路又は光伝送部等，光源以外の部分の故障であると判定する（Ｓ５０）。判定結果は，いずれも画面に表示する（Ｓ５１）。これにより，光源のレーザの故障なのか，光の伝送路である光ファイバの故障かという判断が可能となる。

図１２は，レーザダイオードに付属のモニタフォトダイオードを用いて故障箇所を判定するときのフローチャートである。光強度計測装置の筐体１６に挿入された各光照射プローブで各波長の光を順次照射し（Ｓ６１），光源調整補助装置により計測された各波長の光強度と，レーザダイオードに付属の出力をモニタするモニタフォトダイオードの出力を同時に検出する（Ｓ６２）。モニタフォトダイオードの出力が通常の範囲を逸脱しているかどうか判定し（Ｓ６３），逸脱している場合にはＡ＝１とし（Ｓ６４），逸脱していない場合にはＡ＝０とする（Ｓ６５）。次に，光源調整補助装置により計測された光強度が通常よりも極端に小さいかどうかを判定し（Ｓ６６），極端に小さい場合にはＢ＝１とし（Ｓ６７），通常の光強度である場合にはＢ＝０とする（Ｓ６８）。こうして，Ａ，Ｂの値をもとに（S６９），Ａ＝０，Ｂ＝０の場合には正常と判定し（Ｓ７０），Ａ＝０，Ｂ＝１の場合には導光路又は光伝送部等の故障と判定し（Ｓ７１），Ａ＝１，Ｂ＝０の場合にはモニタフォトダイオードの故障と判定し（Ｓ７２），Ａ＝１，Ｂ＝１の場合には光源の異常と判定する（Ｓ７３）。

こうして例えば，モニタフォトダイオードの出力が正常なのに，光源調整補助装置により計測された光強度に劣化，極端に小さいなどの異常が見られる場合には，レーザの異常ではなく，光伝送部等，光源以外の部分の故障であると判定され，モニタフォトダイオード出力と光源調整補助装置により計測された光強度の両方に異常がある場合には，レーザの異常と判定され，モニタフォトダイオード出力のみに異常が見られる場合には，モニタフォトダイオードの故障であると判定される。このように，モニタフォトダイオードと実際の出力の両方を判定基準に使うことで，より高精度に光源・導波路・モニタフォトダイオード等の故障を診断することが可能となる。

図１３は，受光プローブの故障を診断するときのフローチャートである。光強度計測装置を含む筐体１６は，光照射装置２０を有し，この光照射装置２０より光を照射し（Ｓ８１），その光を筐体１６の挿入された受光プローブで受光する（Ｓ８２）。その検出光量より受光プローブの故障や劣化の状況を判定することができる。設定値から想定される検出光量に対する検出光量の割合を求め（Ｓ８３），極端に検出光量が小さいとき，例えば想定される光量の２割以下のときには，光ファイバの断線の可能性があると判定する（Ｓ８４）。検出光量がやや小さいとき，例えば２〜６割のときには，受光プローブが持つ光検出器の劣化の可能性があると判定する（Ｓ８５）。６割以上のときには，受光プローブは正常であると判定する（Ｓ８６）。そして，判定結果を画面に表示し（Ｓ８７），ユーザに知らせる。なお，判定の閾値は，どれだけの劣化を許容するかによるため，ユーザによる設定パラメータとなる。

筐体１６内の光照射装置２０からの光の強度を自動又は手動で調整可能とすることも可能である。これにより，図１４のように，受光プローブに入射される光の強度の相対的な変化に対し，各受光プローブの検出光量がどのように変化するか，又は検出光量のある時間幅での標準偏差がどのように変化するかを記録することにより，各受光プローブの感度やノイズ特性について，より詳細に調べ，画面表示を行うことが可能となる。例えば標準偏差は，平均値がある時間幅においてほぼ一定であると見なせるときに，ノイズ量の指標になり得る統計量である。例えば，計測対象が電圧の場合，電圧値のホワイトノイズであれば，ノイズのパワーが増加すれば，電圧データの分散は増加する。計測期間中，又は計測終了後の解析のときに，ある時間間隔における標準偏差の時間的変化を表示することで，その計測チャンネルにおけるノイズ量の変化を見積もることが可能となる。

図９に示した光照射プローブの光照射強度を調整時に，故障又は使用不能又は入力された制約条件や目的の条件に沿うことが不可能であるということが判明した光源については，その光源に備えられるスペアのレーザを使用選択することが可能である。図１５は，スペアレーザ使用の判定を行うときのフローチャートである。

図１５のステップ９１からステップ９４の処理は，図９に示したステップ３１からステップ３４の処理と同様である。その後，ステップ９５にて故障検出処理を行い（Ｓ９５），その結果，光源に故障があるかどうか判定し（Ｓ９６），故障がある場合にはスペアレーザの使用を選択する（Ｓ９７）。光源に故障がない場合には，測定結果を画面に表示し（Ｓ９８），制約条件を満たしているか判定し（Ｓ９９），満たしていない場合には光照射強度を調整し（Ｓ１００），その後ステップ９３に戻って処理を反復する。

光源の劣化状況により大きな出力強度を出せない場合にも，そのように大きな出力を必要とする限られた計測時のみ，スペアのレーザを使用するということも可能となる。

以上の実施態様における各イベントをトリガーとして，各種通信手段を用いて，レーザ故障等の装置状態を外部に知らせることが可能である。通信条件は事前に設定しておき，各種イベントに応じて，装置の各種状態を外部に通信して知らせることにより，例えばレーザの劣化・故障状態を外部にいち早く知らせることが可能となる。

本発明の生体光計測装置は，光照射強度を精度良く計測することで，それに基づいて光照射強度を調整することが可能である。また，このことで計測の再現性を維持でき，各計測点間での計測条件のばらつきを低減させ，光照射強度を高精度で調整するために必要な情報を与え得る。また，本発明は光照射プローブ・受光プローブのいずれに対しても迅速に故障を検出することが可能である。以上のことから，高精度な計測条件を常に維持することが可能となる。

本発明による生体光計測装置の光源調整補助装置の概念図。本発明による基本的な装置構成ブロック図。生体光計測用のホルダを示す図。光強度計測装置のブロック図。調整開始から本計測までの手順を示すフローチャート。光照射強度の同時計測・表示の手順を示すフローチャート。プローブ挿入部位置と，イメージセンサ上での光の入射位置との対応関係を示す図。プリズム分光器による複数波長の分離の説明図。光照射強度調整の手順を示すフローチャート。計測結果表示画面を示す図。光照射プローブ側の故障箇所検出の手順を示すフローチャート。レーザダイオードに付属のモニタフォトダイオードを用いて故障箇所を判定する手順を示すフローチャート。各受光プローブの故障を診断する手順を示すフローチャート。各受光プローブの状態を表す画面表示の図。スペアレーザ使用の判定を行う手順を示すフローチャート。

符号の説明

１１：光ファイバケーブル又は導線，１２，１４：光照射プローブ，１３：受光プローブ，１５：プローブ挿入部，１６：筐体，１７：集光器，１８，１９：光（光路），２０：光照射装置，２１：イメージセンサ又は複数の光検出器，２２：データ通信用ケーブル，２３：散乱体，３０：プリズム分光器，３１：第一の波長帯の光，３２：第二の波長帯の光，４０：生体光計測用ホルダ，１００：装置本体，１０１：光源，１０２：受光器，１０３：本体側データ処理部，１０４：画面表示部，１０５：条件入力手段，１０６：光照射強度入力手段，１０７：光照射強度調整手段，１０８：アナログ／デジタル変換器，２００：データ処理部，３００：制御信号入力部，４００：表示部

Claims

被検体へ光を照射するための一つあるいは複数の光照射プローブ，前記光照射プローブから照射され被検体中を伝播又は反射した光を検出するための一つあるいは複数の受光プローブ，前記受光プローブによって検出された信号を処理し被検体内の情報を計測するための演算手段，前記複数の光照射プローブから照射される光照射強度を個別に調整する光照射強度調整手段，及び表示部を有する装置本体と，
前記一つあるいは複数の光照射プローブ及び一つあるいは複数の受光プローブがそれぞれ着脱可能に挿入される一つあるいは複数のプローブ挿入部を有する筐体，前記筐体内に設置され前記一つあるいは複数の光照射プローブから照射された光を受光する光検出器，及び前記光検出器の受光信号を装置本体へ送信，あるいは増幅して装置本体へ送信，あるいは増幅後にアナログ／デジタル変換して装置本体へ送信するための処理を行うデータ処理部を有する光源調整補助装置とを備え，
前記装置本体の表示部に前記光源調整補助装置のデータ処理部から送信された前記一つあるいは複数の光照射プローブによる光照射強度を表す情報を表示することを特徴とする生体光計測装置。
請求項１記載の生体光計測装置において，前記光照射強度調整手段は，前記光源調整補助装置のデータ処理部から送信された前記一つあるいは複数の光照射プローブによる光照射強度を参照してそれが設定された強度となるように調整することを特徴とする生体光計測装置。
請求項１記載の生体光計測装置において，前記光源調整補助装置は，前記一つあるいは複数のプローブ挿入部と前記光検出器の間に集光器を有することを特徴とする生体光計測装置。
請求項１記載の生体光計測装置において，前記光源調整補助装置は，前記一つあるいは複数のプローブ挿入部と前記光検出器の間に散乱体を有することを特徴とする生体光計測装置。
請求項４記載の生体光計測装置において，前記散乱体は，樹脂中に金属粉末を含有したものであることを特徴とする生体光計測装置。
請求項１記載の生体光計測装置において，前記光源調整補助装置は，前記一つあるいは複数のプローブ挿入部と前記光検出器の間に分光手段を有することを特徴とする生体光計測装置。
請求項１記載の生体光計測装置において，前記光源調整補助装置は，前記一つあるいは複数のプローブ挿入部に挿入された一つあるいは複数の受光プローブに光を照射するための光照射装置を有することを特徴とする生体光計測装置。
請求項１記載の生体光計測装置において，前記一つあるいは複数の光照射プローブは複数の波長帯のレーザ光を照射することを特徴とする生体光計測装置。
被検体へ光を照射するための一つあるいは複数の光照射プローブ，前記光照射プローブから照射され被検体中を伝播又は反射した光を検出するための一つあるいは複数の受光プローブ，前記受光プローブによって検出された信号を処理し被検体内の情報を計測するための演算手段，及び前記一つあるいは複数の光照射プローブから照射される光照射強度を個別に調整する光照射強度調整手段を有する装置本体と，
前記一つあるいは複数の光照射プローブ及び一つあるいは複数の受光プローブがそれぞれ着脱可能に挿入される一つあるいは複数のプローブ挿入部を有する筐体，前記筐体内に設置され前記一つあるいは複数の光照射プローブから照射された光を個別に受光する光検出器，及び表示部及び前記光検出器の受光信号を装置本体へ送信，あるいは増幅して装置本体へ送信，あるいは増幅後にアナログ／デジタル変換して装置本体へ送信するための処理を行うデータ処理部，前記データ処理部に対し，前記光検出器の受光信号の処理を選択，あるいは前記表示部において表示する内容を選択，あるいは前記光照射装置を制御するための制御信号を入力する制御信号入力部を有する光源調整補助装置とを備え，
前記表示部に前記光源調整補助装置のデータ処理部によって処理した前記一つあるいは複数の光照射プローブによる光照射強度を表す情報を表示することを特徴とする生体光計測装置。