JP2014124380A - 素子を装着するためのホルダ及び同ホルダを用いた生体情報計測装置 - Google Patents
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- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
Abstract
【解決手段】 ホルダ5は、平均化された被験者の頭部の曲面形状に合わせた三次元曲面を有するように成形されたパレット部材と、被験者の頭部Tを形成する頭蓋骨における前頭骨、後頭骨及び側頭骨のそれぞれの位置に対応して配置される第1部分52a、第2部分52b及び接続部分52cからなるベルト部材52と、部材51と部材52とを伸縮して連結する連結部材53を有する。これにより、素子としての光源16及び受光器21を組み付けた部材51、部材52及び部材53を頭部Tに載せ、部材52に設けられた周長調整機構52dにより周長を頭部Tの周長に合わせることにより、位置ずれを生じさせることなくしっかりと装着することができる。
【選択図】 図8
Description
−log10(R(λ)/Ro(λ))=εoxy(λ)×Coxy×d+εdeoxy(λ)×Cdeoxy×d+α(λ)+S(λ) …式1
−log10(growthR(λ)/Ro(λ))=εoxy(λ)×growthCoxy×d+εdeoxy(λ)×growthCdeoxy×d+growthα(λ)+S(λ) …式2
ただし、前記式2中のgrowthR(λ)、growthCoxy、growthCdeoxy及びgrowthα(λ)は、心拍動を伴う血流変化によって増加又は減少変化した値を表すものであって、それぞれ、血流変化後の検出光量、血流変化後の酸素化ヘモグロビンの濃度、血流変化後の還元ヘモグロビンの濃度及び血流変化後のヘモグロビン以外の色素の光吸収による減衰量を表すものである。
−log10(growthR(λ)/R(λ))=εoxy(λ)×ΔCoxy+εdeoxy(λ)×ΔCdeoxy …式3
ここで、前記式3中のΔCoxy及びΔCdeoxyは、それぞれ、下記式4及び式5によって表されるものである。
ΔCoxy=(growthCoxy−Coxy)×d …式4
ΔCdeoxy=(growthCdeoxy−Cdeoxy)×d …式5
SO2=ΔCoxy/(ΔCoxy+ΔCdeoxy) …式6
−log(I1/I0)=E×C×e+A …式7
ただし、前記式7中のI1は細動脈を透過した透過光の光量を表し、I0は入射光の光量を表す。又、前記式7中のEはヘモグロビンの吸光係数を表し、Cは血中ヘモグロビン血液濃度を表し、eは血液層の厚さ(前記式4,5における光路長dに相当)を表し、Aは組織層の減光度を表す。ここで、前記式7は、生体内を透過した赤外線光の減光度を算出するものであるが、反射した赤外線光であっても同様の特性を示すことが知られている。
−(log(I1/I0)−log(I2/I0))=E×C×e−E×C×(e−Δe) …式8
前記式8を整理すると、下記式9に示すようになる。
−log(I2/I1)=E×C×Δe …式9
ただし、前記式8及び式9中のI2は血液層の厚さの変化後における透過光の光量を表す。
−log(I21/I11)=E1×C×Δe …式10
−log(I22/I12)=E2×C×Δe …式11
ただし、前記式10中の −log(I21/I11)=E1×C×Δe …式10
−log(I22/I12)=E2×C×Δe …式11
ただし、前記式10中のE1は、波長λ1の赤外線光に対するヘモグロビンの吸光係数を表し、前記式11中のE2は、波長λ2の赤外線光に対するヘモグロビンの吸光係数を表す。そして、前記式11を前記式10で除算すると、血液層の厚さ変化Δeを消去した下記式12が成立する。
log(I12/I22)/log(I11/I21)=E2/E1 …式12
したがって、前記式12を変形すれば、下記式13が成立する。
E2=E1×log(I12/I22)/log(I11/I21) …式13
SO2=(E2−Ep)/(E0−Ep) …式14
これにより、前記式14に従って計算される酸素飽和度SO2は、相対量を含むことなく計算されるため、実際の酸素飽和度を得ることができる。従って、例えば、医師による診断において、より正確な酸素飽和度SO2を提供することができる。
Claims (17)
- 複数の素子を保持して被験者の頭部における所定位置に装着するためのホルダにおいて、
前記複数の素子をそれぞれ保持するための複数の貫通孔が形成されていて、平均化された頭部の曲面形状に合わせた三次元曲面を有するように成形される硬質かつ薄板状のパレット部材と、
前記被験者の頭部を形成する頭蓋骨における前頭骨の位置に対応して周状に配置される第1部分と、前記頭蓋骨における後頭骨の位置に対応して周状に配置される第2部分と、前記頭蓋骨における側頭骨の位置に対応して配置されて前記第1部分と前記第2部分とを互いに接続する接続部分とからなり、前記被験者の頭部に対して周状に固定される紐状のベルト部材と、
前記ベルト部材に設けられていて、前記被験者の頭部の周長に合わせて前記ベルト部材の周長を調整する周長調整機構と、
前記パレット部材と前記ベルト部材とを伸縮して連結する紐状の連結部材とを含んで構成されることを特徴とするホルダ。 - 請求項1に記載したホルダにおいて、
前記パレット部材は、前記複数の素子を装着する前記被験者の頭部の部位ごとに対応して成形されるものであり、前記頭部の部位ごとに異なる前記平均化された頭部の曲面形状に合わせた三次元曲面を有するように成形されることを特徴とするホルダ。 - 請求項1又は請求項2に記載したホルダにおいて、
前記パレット部材に形成された複数の貫通孔に対して、前記被験者の頭部に予め設定された状態により前記複数の素子を保持するガイド部材を設けたことを特徴とするホルダ。 - 請求項3に記載したホルダにおいて、
前記ガイド部材は、少なくとも、前記複数の素子を前記被験者の頭部における所定の基準点に向けて保持することを特徴とするホルダ。 - 請求項1ないし請求項4のうちのいずれか一つに記載したホルダにおいて、
前記ベルト部材の前記接続部分は、前記被験者の耳部の耳介の後部を迂回するように形成された曲線を有して、前記第1部分と前記第2部分とを互いに接続することを特徴とするホルダ。 - 請求項1ないし請求項5のうちのいずれか一つに記載したホルダにおいて、
前記パレット部材は、前記連結部材との連結位置近傍に、前記連結部材との連結状態を微調整するための調整部が形成されることを特徴とするホルダ。 - 請求項1ないし請求項6のうちのいずれか一つに記載したホルダにおいて、
前記周長調整機構は、紐状に形成された前記ベルト部材の両端に位置するそれぞれの第2部分を互いに重ねて連結するとともに、前記互いに重ねた第2部分を相対的に逆方向にスライドさせて前記ベルト部材の周長を前記被験者の頭部の周長に合わせて調整することを特徴とするホルダ。 - 請求項7に記載したホルダにおいて、
前記周長調整機構は、前記ベルト部材の前記互いに重ねた第2部分を相対的に逆方向にスライドさせるために回動操作される調整ダイヤルを有することを特徴とするホルダ。 - 請求項1ないし請求項8のうちのいずれか一つに記載したホルダと、
前記ホルダの前記パレット部材に着脱可能に保持された発光素子を有する光源を所定の駆動信号に基づいて発光させて異なる特定波長を有する近赤外光を前記被験者の頭部の内部に出射する光出射部と、
前記ホルダの前記パレット部材に着脱可能に保持された光電変換素子を有する受光器を介して前記光出射部から出射されて前記被験者の頭部の内部を伝播した近赤外光を受光して検出するとともに同検出した近赤外光の光強度に対応して生体の代謝に関連する電気的な検出信号を出力する光検出部と、
前記光出射部と前記光検出部の作動を統括的に制御し、前記光検出部から出力された電気的な検出信号に基づいて生体情報を算出する制御部とを備えたことを特徴とする生体情報計測装置。 - 請求項9に記載した生体情報計測装置において、
前記光出射部の光源は、
少なくとも内部に導電性を有して接地されたケース本体と、少なくとも内部に導電性を有して前記ケース本体に組み付けられるケースキャップと、前記特定波長に対する光学的透過性を有するとともに電気伝導性を有して前記ケース本体に電気的に接続されて光を出射する窓部とからなるケース内に前記発光素子が収容されて構成され、
前記光検出部の受光器は、
少なくとも内部に導電性を有して接地されたケース本体と、少なくとも内部に導電性を有して前記ケース本体に組み付けられるケースキャップと、前記光出射部から出射される特定波長に対する光学的透過性を有するとともに電気伝導性を有して前記ケース本体に電気的に接続されて光を入射する窓部とからなるケース内に、前記光電変換素子と、前記光電変換素子から出力される電気的な検出信号を増幅するするとともに前記光電変換素子の出力インピーダンスよりも小さな出力インピーダンスにより前記増幅した電気的な検出信号を出力する増幅回路とが収容されて構成されることを特徴とする生体情報計測装置。 - 請求項10に記載した生体情報計測装置において、
前記ケース本体の内部及び前記ケースキャップの内部は、ストライクメッキしたニッケル(Ni)層とこのニッケル(Ni)層上に無電解メッキした銅(Cu)層又は金(Au)層とからなる薄膜導電層が形成され、
前記窓部は、インジウム−錫酸化物(ITO),亜鉛酸化物(ZnO)またはニオブ酸化物(NbO)を主成分とする透明導電膜が形成されて、
前記薄膜導電層と前記透明導電膜とが電気的に接続されることを特徴とする生体情報計測装置。 - 請求項9ないし請求項11のうちのいずれか一つに記載した生体情報計測装置において
前記制御部が算出する前記生体情報は、
前記被験者の頭部の血管中における酸素と結合した酸素化ヘモグロビン濃度長変化、及び、酸素と結合していない還元ヘモグロビン濃度長変化を表す情報に基づいて算出される前記被験者の脳内における活動に関する生体情報であることを特徴とする生体情報計測装置。 - 請求項9ないし請求項12のうちのいずれか一つに記載した生体情報計測装置において、
前記光出射部は、
前記所定の駆動信号をスペクトラム拡散変調するスペクトラム拡散変調手段を有し、
前記光検出部は、
前記電気的な検出信号をスペクトラム逆拡散して復調する復調手段を有することを特徴とする生体情報計測装置。 - 請求項13に記載した生体情報計測装置において、
前記光出射部のスペクトラム拡散変調手段は、
前記所定の駆動信号をスペクトラム拡散変調するための拡散符号系列を第1の周波数により生成する拡散符号系列生成手段と、同拡散符号系列生成手段によって生成された拡散符号系列を用いて前記所定の駆動信号をスペクトラム拡散して一次変調信号を出力する第1変調手段と、前記第1の周波数の2倍となる第2の周波数を用いて前記第1変調手段によって出力された前記一次変調信号を変調して二次変調信号を出力する第2変調手段とを有し、
前記光検出部の復調手段は、
前記電気的な検出信号の信号帯域のうち、直流及び直流近傍の周波数における信号成分、及び、前記第2の周波数以上の信号成分を除去して出力する信号成分除去手段と、前記近赤外光が前記被験者の頭部の内部を伝播することに伴う遅延を加味した前記第2の周波数の2倍となる第3の周波数を用いて前記信号成分除去手段によって出力された電気的な検出信号をデジタル信号に変換する信号変換手段と、前記近赤外光を前記被験者の頭部の内部で伝播させることに伴う遅延を加味した前記第2の周波数を用いて前記信号変換手段によって変換されたデジタル信号を復調して一次復調信号を出力する第1復調手段と、前記近赤外光を前記被験者の頭部の内部で伝播させることに伴う遅延を加味した前記拡散符号系列を用いて前記一次復調信号をスペクトラム逆拡散して二次復調信号を出力する第2複調手段とを有することを特徴とする生体情報計測装置。 - 請求項14に記載した生体情報計測装置において、
前記第2の周波数を、前記光検出部が前記被験者の頭部の内部を伝播した近赤外光を有効に検出可能な有効検出帯域幅と一致させたことを特徴とする生体情報計測装置。 - 請求項9ないし請求項12のうちのいずれか一つに記載した生体情報計測装置において、
前記光出射部は、
所定の時間間隔を有して供給される前記所定の駆動信号を取得し、前記光源が前記取得した所定の駆動信号に基づいて順次発光して、前記異なる特定波長を有する近赤外光を前記所定の時間間隔を有して順次出射することを特徴とする生体情報計測装置。 - 請求項9ないし請求項12のうちのいずれか一つに記載した生体情報計測装置において、
前記光出射部は、
前記所定の駆動信号を周波数分割多重変調して変調信号を生成する周波数分割多重変調手段を有し、
前記光検出部は、
前記電気的な検出信号を周波数分割多重復調する複調手段を有することを特徴とする生体情報計測装置。
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