JP2016007300A - 生体光計測装置及び生体光計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被検者の挙動に対応する計測波形を特徴波形として検出する生体光計測装置を提供する。【解決手段】生体光計測装置は、被検体からの通過光に基づいて、被検体の動態に関する波形を取得する波形取得部１４０と、被検体の観察部位を特定する特定部１４１と、観察部位の画像を取得する画像取得部１４２と、画像に基づいて観察部位の挙動を識別する挙動識別部１４３と、識別された挙動に対応する波形を特徴波形として検出する特徴波形検出部１４４とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、生体光計測装置及び生体光計測方法に関し、特に、生体に光を照射し、生体を透過した透過光を検出し、生体内部の血液循環、血行動態、及びヘモグロビン量変化を計測する生体光計測装置及び生体光計測方法に関する。

生体光計測装置は、生体からの透過光を利用して、生体内部の血液循環、血行動態、及びヘモグロビン量変化などの血液動態を非侵襲で計測する。一般的な生体光計測装置では、被検者に課題を与え、課題の施行中に生じる大脳皮質の活性化状態（脳活動成分）を計測波形により計測する。例えば、被検者が指を動かした際に脳の運動野領域のヘモグロビン量変化が生じることが報告されている。

また、特許文献１に記載された生体光計測装置は、被検体に光を照射し、被検体を透過した光を検出することによって得られた光信号を処理して、被検体の所定の領域における生体変化を表示するに際し、時間軸に沿って得られる光信号から、所定の時間長さの区間の光信号を抽出し、複数の区間データを作成し、区間データを加算平均処理し、所定の時間長さの区間データを作成する。

特開２００３−１０１８８号公報

しかしながら、従来の生体光計測装置では、被検体の挙動により生じる体動ノイズが原因で、所定の生体変化に対応する適切な計測波形を取得できない場合がある。この場合、特許文献１のように、生体光計測装置が自動的にノイズを検出することが提案されている。また、自動的に検出されたノイズが真に体動ノイズであるか否かを判断する場合は、操作者が実際に被検体の挙動を観察し、主観的な判断を行うこともあった。

操作者が被検体の挙動を観察する場合、被検者の挙動が微小で且つ被検者の挙動による計測波形の変動が微小であるときは、真に体動ノイズであるか否かを判断することは困難である。また、操作者の主観により、真に体動ノイズであるか否かに関してバラツキが生じるおそれがある。
そこで、本発明は、被検者の挙動を客観的且つ正確に把握することで、被検者の挙動に対応する計測波形を特徴波形として検出する生体光計測装置を提供する。

本発明の生体光計測装置は、被検体からの通過光に基づいて、前記被検体の動態に関する波形を取得する波形取得部と、前記被検体の観察部位を特定する特定部と、前記観察部位の画像を取得する画像取得部と、前記画像に基づいて前記観察部位の挙動を識別する挙動識別部と、前記識別された挙動に対応する前記波形を特徴波形として検出する特徴波形検出部とを備える。

この構成によれば、挙動識別部が被検体の挙動を識別し、特徴波形検出部が挙動に対応する特徴波形を検出することで、被検体の挙動を客観的且つ正確に把握し、特徴波形を適切に抽出することができる。

本発明は、被検者の挙動に対応する計測波形を特徴波形として検出する生体光計測装置を提供する。

本実施の形態に係る生体光計測装置の一例を示した図である。 本実施の形態に係る生体光計測装の処理を説明するフロー図である。 （ａ）被検体の動態に関する波形が計測されている状態の一例を示した図である。（ｂ）動態波形が表示部に表示されている状態の一例を示した図である。 挙動波形が表示部に表示されている状態の一例を示した図である。 警告部の警告の一例を示した図である。 （ａ）被検体の挙動（体動）が微小である場合の挙動波形の一例を示した図である。（ｂ）被検体の挙動（体動）が所定の量を超えた場合の挙動波形の一例を示した図である。 （ａ）画素の数又は画素値の積算値を挙動の変化量とする一例を示した図である。（ｂ）重心位置の動きを挙動の変化量とする一例を示した図である。 マーカーにより観察部位の大きさ及び観察部位の挙動の大きさを算出する例を示した図である。 （ａ）矩形片の両端部に円形のマークが備えられたマーカーの一例を示した図である。（ｂ）三角片の頂点部に円形のマークが備えられたマーカーの一例を示した図である。

本発明の実施の形態の生体光計測装置について、図面を用いて説明する。図１は、本実施の形態に係る生体光計測装置の一例を示した図である。生体光計測装置１００は、所定の波長の光（例えば、近赤外光）を生体（被検体）内に照射し、被検体の表面近傍から反射した光又は被検体内を通過した光（併せて、「通過光」という）を検出し、通過光の強度に対応する電気信号を発生させ、電気信号から被検体の動態に関する波形を計測する。図１に示すように、生体光計測装置１００は、光源部１０と、光計測部１２と、撮像部２４と、制御部１４と、プローブホルダ２３と、信号処理部３４と、表示部３６と、記憶部３８と、入出力部４０とを備える。

光源部１０は、所定の波長の光（例えば、近赤外光）を被検体に照射するものであって、所定の波長の光を発生させる半導体レーザ１６と、半導体レーザ１６が発生した光を複数の異なる周波数で変調するための変調器を備える光モジュール１８−１〜１８−ｎと、光モジュール１８−１〜１８−ｎ及び光源プローブ２１−１〜２１−ｎを接続する光ファイバ２０−１〜２０−ｎと、プローブホルダ２３により被検体の頭部に固定され、光ファイバ２０−１〜２０−ｎを介して各光モジュール１８−１〜１８−ｎの出力光を被検体の頭部に照射する光源プローブ２１−１〜２１−ｎとを備える。

各光モジュール１８−１〜１８−ｎからの光の波長は被検体内の注目物質（測定対象）の分光特性によるが、還元ヘモグロビンと酸化ヘモグロビンの濃度から酸素飽和度や血液量を計測する場合には６００ｎｍ〜１４００ｎｍの波長範囲の光の中から１つ又は複数の波長が選択されて用いられる。具体的には、光源部１０は、被検体の血液中の酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンの２種類の測定対象に対応して２種類の波長（例えば、７８０ｎｍと８３０ｎｍ）の光を発生させ、これら２種類の波長の光を合成して同じ照射位置から被検体に照射する。

光計測部１２は、被検体の通過光を受光し、通過光を電気信号に変換するものであって、電気信号から被検体の動態に関する波形を計測する。光計測部１２は、プローブホルダ２３の頭部に固定されて被検体からの通過光を受光する受光プローブ２２−１〜２２−ｎと、受光プローブ２２−１〜２２−ｎ及び光電変換素子２８−１〜２８−ｎを接続する検出用光ファイバ２６−１〜２６−ｎと、検出用光ファイバ２６−１〜２６−ｎを介して受光プローブ２２−１〜２２−ｎからの通過光の光量を電気量に変換する光電変換素子（例えば、フォトダイオード）２８−１〜２８−ｎと、光電変換素子２８−１〜２８−ｎからの電気信号を入力し、照射位置に対応した変調信号を選択的に検出するロックインアンプ３０と、ロックインアンプ３０の出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器３２とを備える。

制御部１４は、光源部１０及び光計測部１２の駆動を制御するものであって、光源部１０及び光計測部１２に次の制御を行わせる。制御部１４は、光源部１０に２種類の測定対象に対応した２種類の波長の光を発生させ、これら２種類の波長の光を合成させて同じ照射位置から被検体に照射させる。制御部１４は、光計測部１２のロックインアンプ３０に、照射位置とこれら２種類の波長に対応した変調信号を選択的に検出させる。これにより、照射位置と検出位置との間の点（計測点）の数の２倍のチャンネル数の酸素化ヘモグロビン又は脱酸素化ヘモグロビンのヘモグロビン量の変化信号（変化波形）を電気信号として得ることができる。
制御部１４は、波形取得部１４０と、特定部１４１と、画像取得部１４２と、挙動識別部１４３と、特徴波形検出部１４４と、警告部１４５とを備える。

波形取得部１４０は、被検体からの通過光に基づいて、被検体の動態に関する波形（ヘモグロビン量の変化波形）を取得する。特定部１４１は、被検体の観察部位（目、鼻、及び口など）を特定する。観察部位は、被検体の身体的特徴部（顔、頭、四肢、及び指など）の他に、被検体に装着された装置の部位も含む。画像取得部１４２は、撮像部２４により撮像された観察部位の画像を取得する。画像取得部１４２は、リアルタイムに撮像された画像を取得してもよいし、記憶部３８から観察部位の過去の画像を取得してもよい。なお、観察部位の特定は、顔認証、表情解析、ジェスチャー認識、視線検出、視線追跡、及びリップリーディングなどに用いられる技術により実行される。

挙動識別部１４３は、画像に基づいて観察部位の挙動を識別する。例えば、挙動識別部１４３は、観察部位の速度、加速度、角度、角速度、角加速度、周期、移動距離、移動軌跡、動作、動作回数、形状、位置、及び観察部位の画像の変化の少なくとも１つに基づいて、被検者（被検体）の安定状態、負荷状態、動作状態、計測状態、反応状態、及び集中状態の少なくとも１つを識別する。観察部位の挙動の識別は、顔認証、表情解析、ジェスチャー認識、視線検出、視線追跡、及びリップリーディングなどに用いられる技術により実行される。また、挙動識別部１４３は、観察部位が撮像された画像のフレーム間の差分（観察部位の画像の変化）から観察部位の動きベクトルを算出し、動きベクトルに基づいて被検者（被検体）の挙動を識別してもよい。また、生体光計測装置１００は、観察部位の位置及び動きを検出するセンサー（磁気方式、光学方式、及び機械式などの位置センサーや加速度センサー）を備え、挙動識別部１４３は、観察部位の位置及び動きの少なくとも１つに基づいて観察部位の挙動を識別してもよい。

特徴波形検出部１４４は、識別された挙動に対応する波形（ヘモグロビン量の変化波形）を特徴波形として検出する。例えば、特徴波形検出部１４４は、安定状態、負荷状態、動作状態、計測状態、反応状態、及び集中状態の少なくとも１つに対応する波形（ヘモグロビン量の変化波形）を特徴波形として検出する。警告部１４５は、色、音、及びマークの少なくとも１つにより、特徴波形が検出されたことを警告する。

また、生体光計測装置１００は、信号処理部３４と、表示部３６と、記憶部３８と、入出力部４０とを備える。信号処理部３４は、デジタル信号に変換されたヘモグロビン量の変化信号を処理し、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などをチャンネル毎に示すグラフやそのグラフを被検体の二次元画像上にプロットした画像を作成する。表示部３６は、信号処理部３４により処理された画像を表示する。記憶部３８は、制御部１４及び信号処理部３４の処理に必要なデータや処理結果を記憶する。入出力部４０は、装置の動作に必要な種々の指令を入力する。

次に、生体光計測装置１００の処理の詳細について説明する。図２は、生体光計測装置１００の処理を説明するフロー図である。図３は、本実施の形態に係る生体光計測システムの一例を示した図である。

図２に示すように、ステップＳ１０１において、光源部１０及び光計測部１２により、生体光計測装置１００は被検体の動態に関する波形（例えば、ヘモグロビン量の変化波形）を計測する。図３（ａ）に示すように、プローブホルダ２３により被検者に光源プローブ２１及び受光プローブ２２が装着されて、被検者の動態に関する波形が計測される。

ステップＳ１０２において、撮像部（例えば、ビデオカメラ）２４は被検体（観察部位を含む）を撮像する。図３（ａ）に示すように、撮像部（例えば、ビデオカメラ）２４が被検者（被検体）を撮像し、被検者の画像を生体光計測装置１００に送信する。生体光計測装置１００は、被検者（被検体）の動態に関する波形（例えば、ヘモグロビン量の変化波形）と被検者（観察部位を含む）の画像とを同期させて記憶部３８に記憶する。

ステップＳ１０３において、波形取得部１４０は、記憶部３８から被検体の動態に関する波形を取得する。図３（ｂ）に示すように、被検体の動態に関する波形（動態波形）Ｗは、表示部３６に表示される。ステップＳ１０４において、特定部１４１は、被検者の画像から被検体の観察部位を特定する。ステップＳ１０５において、画像取得部１４２は、記憶部３８から観察部位の画像を取得する。図３（ｂ）に示すように、観察部位（例えば、被検者の頭）の画像は、表示部３６に表示される。

ステップＳ１０６において、挙動識別部１４３は、観察部位の画像に基づいて観察部位の挙動を識別し、被検者の安定状態、負荷状態、動作状態、計測状態、反応状態、及び集中状態の少なくとも１つを識別する。挙動識別部１４３は、被検体の姿勢、顔の表情、頭の動き、四肢の動き、指の動き、口の動き、目の動き、及び瞬きの回数の少なくとも1つに基づいて被検体の安定状態、負荷状態、動作状態、計測状態、反応状態、及び集中状態の少なくとも１つを識別する。

例えば、特定部１４１により被検者（被検体）の頭が観察部位として特定された場合、挙動識別部１４３は、頭（観察部位）の位置、速度、及び移動距離を算出し、これらの値が所定の閾値内であれば、被検者（被検体）は安定状態であると識別する。被検者（被検体）が安定状態であれば、図３（ｃ）に示すように、所定の範囲内に収まる動態波形（安定波形）Ｗ１が現れる。

また、被検者に所定の課題（発話課題）が与えられた場合、挙動識別部１４３は、口（観察部位）の形状（例えば、輪郭線）を算出し、形状の動きが所定の閾値を超えれば、被検者（被検体）は発話しており、被検者が課題（発話課題）を実行している負荷状態であると識別する。被検者（被検体）が負荷状態であれば、図３（ｃ）に示すように、課題が与えられている時間帯（課題区間）において、課題に対応する所定の動態波形（課題波形）Ｗ２が現れる。また、被検者に所定の課題（筆記課題）が与えられた場合、挙動識別部１４３は、指（観察部位）の動きを算出し、指の動きが所定の閾値を超えれば、被検者（被検体）は筆記しており、被検者が課題（筆記課題）を実行している負荷状態であると識別する。また、被検者に所定の課題（読文課題）が与えられた場合、挙動識別部１４３は、目（観察部位）の動きを算出し、視線の移動軌跡が所定の閾値内であれば、被検者（被検体）は読文しており、被検者が課題（読文課題）を実行している負荷状態であると識別する。また、リハビリ運動に対応する動態波形を計測する場合、被検者に所定の課題（運動課題）が与えられ、挙動識別部１４３は、四肢（観察部位）の動きを算出し、四肢の動きが所定の閾値を超えれば、被検者（被検体）は運動しており、被検者が課題（運動課題）を実行している負荷状態であると識別する。

また、課題区間において、課題に対応する所定の動態波形Ｗ２を適切に計測するためには、ノイズ波形が動態波形Ｗ２に混入しないことが望ましい。与えられた課題（発話、筆記、読文、運動など）以外の動作を被験者が行うと、この動作がノイズ波形の原因となる。例えば、発話中に被検者の頭が必要以上に動くと、被検者の血流状態が変化して、ノイズ波形の原因となる。例えば、特定部１４１により被検者（被検体）の頭が観察部位として特定された場合、挙動識別部１４３は、頭（観察部位）の位置、速度、及び移動距離を算出し、これらの値が所定の閾値を超えれば、被検者（被検体）は動作状態であると識別する。被検者（被検体）が動作状態であれば、図３（ｃ）に示すように、所定の範囲内に収まらない動態波形（オーバーレンジ波形）Ｗ３が現れる。なお、この場合、ノイズ波形の原因となる動作が止まれば、動態波形は適切なレベルに戻る。被検者が頭を必要以上に傾けた後に元の位置に戻した場合、このような波形Ｗ３が現れる。

また、計測器（光源プローブ２１、受光プローブ２２、及びプローブホルダ２３など）の装着状態が変化した場合（例えば、光源プローブ２１の当接位置がずれた場合）、計測器の装着状態が変化して、ノイズ波形の原因となる。例えば、特定部１４１により被検者（被検体）の頭が観察部位として特定された場合、挙動識別部１４３は、被検体に装着された計測器の位置と被検体の位置（例えば、目の位置）とに基づいて、計測器と被検体との相対的な位置及び移動距離を算出し、これらの値が所定の閾値内であれば、計測器が被検体に適切に装着されていると識別し、これらの値が所定の閾値を超えれば、計測器が被検体に適切に装着されていないと識別することで、被検者（被検体）の計測状態を識別する。被検者（被検体）が適切な計測状態であれば、図３（ｃ）に示すように、適切な動態波形Ｗ１，Ｗ２が現れるが、被検者（被検体）が不適切な計測状態であれば、課題が与えられていないにもかかわらず、安定状態の動態波形からベースラインがシフトした動態波形（ベースラインシフト波形）Ｗ４が現れる。

また、図示はしないが、刺激反応に対応する動態波形を計測する場合、被検者に所定の五感刺激（光、音、匂い、味、及び痛みなど）が与えられ、挙動識別部１４３は、目（観察部位）の動きや瞳孔（観察部位）の大きさや顔の表情に関する値を算出し、これらの値が所定の閾値を超えれば、被検者（被検体）は刺激に反応しており、被検者が反応状態であると識別する。また、被検者が集中している集中状態における動態波形を計測する場合、挙動識別部１４３は、目（観察部位）の移動軌跡や瞬きの回数（動作回数）を算出し、これらの値が所定の閾値内であれば、被検者（被検体）は集中しており、被検者が集中状態であると識別する。

ステップＳ１０７において、特徴波形検出部１４４は、挙動識別部１４３により識別された挙動に対応する波形を特徴波形として検出する。特徴波形検出部１４４は、安定状態、負荷状態、動作状態、計測状態、反応状態、及び集中状態の少なくとも１つに対応する波形を特徴波形として検出する。図３（ｃ）に示すように、特徴波形検出部１４４は、波形Ｗ１（安定波形），Ｗ２（課題波形），Ｗ３（オーバーレンジ波形），Ｗ４（ベースラインシフト波形）を特徴波形として検出する。例えば、挙動識別部１４３により被検者（被検体）が所定の課題を実行していると識別された場合（被検者が負荷状態である場合）に、特徴波形検出部１４４は、課題に対応する波形Ｗ２を特徴波形として検出する。

被検体の動態に関する波形（動態波形）Ｗ１〜Ｗ４は、表示部３６に表示される。また、図４に示すように、挙動識別部１４３は、観察部位の画像に基づいて観察部位の挙動（被検体の姿勢、顔の表情、頭の動き、四肢の動き、指の動き、口の動き、目の動き、及び瞬きの回数）を、速度、加速度、角度、角速度、角加速度、周期、移動距離、移動軌跡、動作、動作回数、形状、位置、及び画像の変化（動きベクトル）などに数値化し、数値化された値Ｖ３，Ｖ４が表示部３６に表示されてもよい。例えば、動態波形（オーバーレンジ波形）Ｗ３に対応する被検者の頭の動きが数値化され、この値Ｖ３が表示部３６に表示される。また、動態波形（ベースラインシフト波形）Ｗ４に対応する計測器と被検体との相対的な移動距離が数値化され、この値Ｖ４が表示部３６に表示される。なお、図４では、数値化された値が波形表示されているが、数値化された値は、数字やバー表示など他の表示方法により表示されてもよい。このように、被検体の挙動に対応する値が動態波形と共に表示されることにより、動態波形の変化が被検体の挙動に起因しているか否かを判断することができる。

図５は、警告部１４５の警告の一例を示した図である。挙動識別部１４３は、観察部位の挙動と所定の閾値とを比較し、閾値を基準として被検体の安定状態、負荷状態、動作状態、計測状態、反応状態、及び集中状態の少なくとも１つを識別してもよい。動態波形が閾値内である場合や閾値を超えた場合、ステップＳ１０８において、警告部１４５は、色、音、及びマークの少なくとも１つにより、特徴波形が検出されたことを警告する。なお、閾値は、固定値又は変動値であってもよく、予め設定された値又は観察部位の挙動から統計的に算出された値であってもよい。また、閾値は表示部３６に表示されてもよい。図５では、動態波形が閾値を超えた場合、動態波形が閾値を超えている間は動態波形のグラフの背景に色が付され、動態波形が閾値を超えた開始時間及び終了時間に線Ｌ３，Ｌ４が表示される。これにより、特徴波形が検出された場合、操作者に注意を喚起することができる。

本実施の形態に係る生体光計測装置１００によれば、被検者（被検体）の動態波形に同期された被検者（観察部位を含む）の画像に基づいて、被検者の安定状態、負荷状態、動作状態、計測状態、反応状態、及び集中状態に対応する特徴波形を検出することができる。例えば、動態波形の計測が終了した後、計測データであるヘモグロビン濃度変化の波形を分析する際に、所定の生体変化に対応する適切なヘモグロビン濃度変化なのか、被検者（被検体）の体動や計測器の装着状態の変化に起因する不適切なヘモグロビン濃度変化なのかを判断することができる。

被検者（被検体）の体動や計測器の装着状態の変化が微小な場合、不適切なヘモグロビン濃度変化なのか否かを動態波形自体から判断することが困難であるが、被検者の挙動を識別することで、微小な変化であっても被検者の挙動に対応する特徴波形を検出することができる。

以上、本発明にかかる実施の形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、請求項に記載された範囲内において変更・変形することが可能である。

挙動識別部１４３は、顔認証、表情解析、ジェスチャー認識、視線検出、視線追跡、及びリップリーディングなどに用いられる技術により被検者（被検体）の挙動を識別する。また、挙動識別部１４３は、観察部位の画像の変化から被検者（被検体）の挙動を識別する。図６及び図７は、観察部位の画像の変化から被検者（被検体）の挙動を定量的に算出する例を示した図である。図６（ａ）に示すように、被検者の挙動（体動）が微小である場合、挙動を数値化した値Ｖの波形（挙動波形）は略一定で安定して、所定の閾値内に収まる。図６（ｂ）に示すように、被検者の挙動（体動）が所定の量を超えた場合、挙動を数値化した値Ｖの波形（挙動波形）は変化して、所定の閾値を超える。被検者の挙動（体動）の変化量は、被検者（被検体）が基準位置に位置する場合の画像を基準画像として予め設定し、基準画像を０とした場合における基準位置と移動位置との相対的な値Ｖでもよく、絶対的な値Ｖでもよい。例えば、図７（ａ）に示すように、基準位置の基準画像と移動位置の移動画像とを比較して、所定の閾値を超えて変化した画素（ピクセル）の数又は画素値を積算し、その積算値を被検者の挙動（体動）の変化量としてもよい。また、図７（ｂ）に示すように、特定部１４１が観察部位（例えば、被検者の頭）を特定し、観察部位の重心位置Ｇを算出し、挙動識別部１４３が重心位置Ｇの動きを識別してもよい。この場合、Ｘ軸方向及びＹ軸方向における重心位置Ｇの挙動を数値化した値Ｖの波形（挙動波形）が表示されてもよい。

また、画像取得部１４２は、観察部位と共に撮像されたマーカーの画像を取得し、挙動識別部１４３は、観察部位の画像におけるマーカーに基づいて、観察部位の大きさ、観察部位の方向、観察部位の挙動の大きさ、観察部位の挙動の方向の少なくとも１つを算出してもよい。この場合、マーカーは、観察部位の一部（例えば、目）、観察部位の近傍に付されたマーク、及び被検体に装着された計測器（例えば、プローブ２１，２２）の一部の少なくとも１つであればよい。

図８は、マーカー（観察部位の近傍に付されたマーク）により観察部位の大きさ及び観察部位の挙動の大きさを算出する例を示した図である。図８に示すように、画像取得部１４２は、画像倍率が５倍、７倍、及び１０倍の観察部位の画像を取得する。この場合、画像倍率により長さが変化するので、挙動識別部１４３が観察部位の速度などの絶対的な値Ｖ（挙動を数値化した値）を用いるときは、基準位置と移動位置との移動距離を計測する必要がある。そこで、画像取得部１４２が、長さが既知であるマーカーの画像を観察部位と共に取得し、挙動識別部１４３が、画像におけるマーカーの長さ（マーカーの長さ方向の画素数でもよい）を基準に、観察部位の長さや基準位置と移動位置との移動距離を計測し、絶対的な値Ｖ（挙動を数値化した値）を算出する。また、基準位置と移動位置との移動距離を計測することで、絶対的な値Ｖの閾値を設定することもできる。図８では、マーカーの長さ方向の画素数を基準に観察部位の長さや基準位置と移動位置との移動距離が計測される。画像倍率が５倍、７倍、及び１０倍と大きくなるにつれて、マーカーの長さ方向の画素数が５０画素、７０画素、及び１００画素と大きくなる。

挙動識別部１４３は、被検者（被検体）の挙動を識別し、挙動を数値化した値Ｖを算出し、挙動を数値化した値Ｖの閾値Ｔを設定する。この場合、挙動識別部１４３は、閾値Ｔを画像の画像倍率に応じて変化させる。挙動識別部１４３は、基準倍率Ｍ１の画像に基づいて、挙動を数値化した値Ｖの閾値Ｔ１を設定し、基準倍率Ｍ１と画像倍率Ｍ２との比に基づいて、画像倍率Ｍ２における閾値Ｔ２を算出する。閾値Ｔ（又は値Ｖ）が距離（又は長さ）の１次関数である場合は、式（１）により、閾値Ｔ２が算出される。また、閾値Ｔ（又は値Ｖ）が距離（又は長さ）の２次関数である場合は、式（２）により、閾値Ｔ２が算出される。このように、閾値Ｔ（又は値Ｖ）が距離（又は長さ）のＮ次関数である場合は、式（３）により、閾値Ｔ２が算出される。

Ｔ２＝（Ｍ２／Ｍ１）Ｔ１ ・・・・・（１）
Ｔ２＝（Ｍ２／Ｍ１）^２Ｔ１ ・・・・・（２）
Ｔ２＝（Ｍ２／Ｍ１）^ＮＴ１ ・・・・・（３）

例えば、閾値Ｔ（又は値Ｖ）が距離の１次関数（移動距離など）である場合、画像倍率１０倍（基準倍率Ｍ１＝１０）の画像に基づいて、挙動を数値化した値Ｖの閾値Ｔ１が設定されたとすると、画像倍率７倍（画像倍率Ｍ２＝７）における閾値Ｔ２は式（４）で表され、画像倍率５倍（画像倍率Ｍ２＝５）における閾値Ｔ２は式（５）で表される。

Ｔ２＝（７／１０）Ｔ１ ・・・・・（４）
Ｔ２＝（５／１０）Ｔ１ ・・・・・（５）

また、閾値Ｔ（又は値Ｖ）が距離の２次関数（面積の画素数など）である場合、画像倍率１０倍（基準倍率Ｍ１＝１０）の画像に基づいて、挙動を数値化した値Ｖの閾値Ｔ１が設定されたとすると、画像倍率７倍（画像倍率Ｍ２＝７）における閾値Ｔ２は式（６）で表され、画像倍率５倍（画像倍率Ｍ２＝５）における閾値Ｔ２は式（７）で表される。

Ｔ２＝（７／１０）^２Ｔ１ ・・・・・（６）
Ｔ２＝（５／１０）^２Ｔ１ ・・・・・（７）

図９は、マーカーの例を示した図である。図９（ａ）に示すマーカーは、矩形片の両端部に円形のマークが備えられたものである。円形のマークの距離は既知（例えば、１００ｍｍ）である。図９（ｂ）に示すマーカーは、三角片の頂点部に円形のマークが備えられたものである。円形のマークのそれぞれの距離は既知（例えば、１００ｍｍ及び８０ｍｍ）である。図９（ｂ）に示すように、３つ以上の観測点（観察部位の一部、観察部位の近傍に付されたマーク、及び被検体に装着された計測器の一部を含む）があれば、挙動識別部１４３は、観察部位の画像におけるマーカーに基づいて、観察部位の大きさ及び観察部位の挙動の大きさの他に、観察部位の方向及び観察部位の挙動の方向も算出することができる。これにより、観察部位の速度などを正確に算出することができる。例えば、３つ以上の観測点（例えば、両目と口）に基づいて、頭の回転（角速度又は角度）を検出することができ、挙動識別部１４３の識別精度を向上させることができる。

なお、画像倍率が固定されている場合、挙動識別部１４３は、観察部位の速度の変化率などの相対的な値Ｖを用いるときは、基準位置と移動位置との移動距離を計測する必要はない。また、マーカーを用いずに、挙動識別部１４３が画像倍率のデータを取得し、このデータに基づいて観察部位の大きさ及び観察部位の挙動の大きさを算出することもできる。

本発明は、被検体の挙動を客観的且つ正確に把握し、特徴波形を適切に抽出することができ、生体内部の血液循環、血行動態、及びヘモグロビン量変化を計測する生体光計測装置及び生体光計測方法などとして有用である。

１０ 光源部
１２ 光計測部
１４ 制御部
１６ 半導体レーザ
１８ 光モジュール
２１ 光源プローブ
２２ 受光プローブ
２３ プローブホルダ
２４ 撮像部
２６ 検出用光ファイバ
２８ 光電変換素子
３０ ロックインアンプ
３２ Ａ／Ｄ変換器
３４ 信号処理部
３６ 表示部
３８ 記憶部
４０ 入出力部
１４０ 波形取得部
１４１ 特定部
１４２ 画像取得部
１４３ 挙動識別部
１４４ 特徴波形検出部
１４５ 警告部
１００ 生体光計測装置

Claims (11)

1. 被検体からの通過光に基づいて、前記被検体の動態に関する波形を取得する波形取得部と、
   前記被検体の観察部位を特定する特定部と、
   前記観察部位の画像を取得する画像取得部と、
   前記画像に基づいて前記観察部位の挙動を識別する挙動識別部と、
   前記識別された挙動に対応する前記波形を特徴波形として検出する特徴波形検出部と
   を備えることを特徴とする生体光計測装置。
2. 前記挙動識別部は、前記観察部位の速度、加速度、角度、角速度、角加速度、周期、移動距離、移動軌跡、動作、動作回数、形状、位置、及び前記画像の変化の少なくとも１つに基づいて、前記被検体の安定状態、負荷状態、動作状態、計測状態、反応状態、及び集中状態の少なくとも１つを識別し、
   前記特徴波形検出部は、前記安定状態、前記負荷状態、前記動作状態、前記計測状態、前記反応状態、及び前記集中状態の少なくとも１つに対応する前記波形を前記特徴波形として検出することを特徴とする請求項１に記載の生体光計測装置。
3. 前記挙動識別部は、前記被検体に所定の課題が与えられた場合に、前記被検体が前記課題を実行しているか否かを識別し、
   前記特徴波形検出部は、前記被検体が前記課題を実行していると識別された場合に、前記課題に対応する前記波形を前記特徴波形として検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の生体光計測装置。
4. 前記挙動識別部は、前記被検体の姿勢、顔の表情、頭の動き、四肢の動き、指の動き、口の動き、目の動き、及び瞬きの回数の少なくとも１つに基づいて前記被検体の安定状態、負荷状態、動作状態、計測状態、反応状態、及び集中状態の少なくとも１つを識別し、
   前記特徴波形検出部は、前記安定状態、前記負荷状態、前記動作状態、前記計測状態、前記反応状態、及び前記集中状態の少なくとも１つに対応する前記波形を前記特徴波形として検出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の生体光計測装置。
5. 前記挙動識別部は、前記被検体に装着された計測器の位置と前記被検体の位置とに基づいて、前記計測器が前記被検体に適切に装着されているか否かを識別することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の生体光計測装置。
6. 色、音、及びマークの少なくとも１つにより、前記特徴波形が検出されたことを警告する警告部を備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の生体光計測装置。
7. 前記挙動識別部は、前記観察部位の挙動を数値化した値を算出し、前記値の閾値を設定し、閾値を前記画像の画像倍率に応じて変化させることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の生体光計測装置。
8. 前記画像取得部は、前記観察部位と共に撮像されたマーカーの画像を取得し、
   前記挙動識別部は、前記画像における前記マーカーに基づいて、前記観察部位の大きさ、前記観察部位の方向、前記観察部位の挙動の大きさ、前記観察部位の挙動の方向の少なくとも１つを算出することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の生体光計測装置。
9. 前記マーカーは、前記観察部位の一部、前記観察部位の近傍に付されたマーク、及び前記被検体に装着された計測器の一部の少なくとも１つであることを特徴とする請求項８に記載の生体光計測装置。
10. 被検体からの通過光に基づいて、前記被検体の動態に関する波形を取得する波形取得部と、
    前記被検体の観察部位を特定する特定部と、
    前記観察部位の位置及び動きを検出するセンサーと、
    前記観察部位の位置及び動きの少なくとも１つに基づいて前記観察部位の挙動を識別する挙動識別部と、
    前記識別された挙動に対応する前記波形を特徴波形として検出する特徴波形検出部と
    を備えることを特徴とする生体光計測装置。
11. 被検体からの通過光に基づいて、前記被検体の動態に関する波形を取得し、
    前記被検体の観察部位を特定し、
    前記観察部位の画像を取得し、
    前記画像に基づいて前記観察部位の挙動を識別し、
    前記識別された挙動に対応する前記波形を特徴波形として検出することを特徴とする生体光計測方法。

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