JP2009095380A - 光生体計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 酸素化ヘモグロビン、脱酸素化ヘモグロビン及び総ヘモグロビンの全ての濃度の増減を総合的に示す測定部位状態を表示することができる光生体計測装置の提供。
【解決手段】 送光プローブ１１が皮膚表面に光を照射するとともに、受光プローブ１２が皮膚表面から放出される光を検出するように制御することで光検出信号を取得する送受光部制御部４と、酸素化ヘモグロビン、脱酸素化ヘモグロビン及び総ヘモグロビンの各濃度の経時変化を示す測定データを算出する測定データ算出部３１とを備える光生体計測装置１であって、各濃度がそれぞれ増加したか減少したかを判定する判定部３３と、酸素化ヘモグロビン、脱酸素化ヘモグロビン及び総ヘモグロビンの全ての濃度の増減を総合的に示す測定部位状態と色調とを対応つけた状態変化テーブルを記憶するテーブル記憶部５３と、測定結果を色調で表示する表示制御部３４とを備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、光を用いて測定部位に関する光検出信号を取得する光生体計測装置に関する。特に本発明は、近赤外光を用いて非侵襲で、脳の測定部位の活動状況を計測する光脳機能イメージング装置や、生体中の測定部位の酸素消費量をモニタリングする酸素モニタとして用いられる。

ヘモグロビンは、血液中で酸素を運搬する役割を果たしている。血液中に含まれる総ヘモグロビン（以下、「ｔｏｔａｌＨｂ」ともいう）の濃度は、血管の拡張・収縮に応じて増減するため、総ヘモグロビンの濃度を測定することによって、血管の拡張・収縮を検出できることが知られている。さらに、ヘモグロビンは、酸素と結合してオキシヘモグロビン（以下、「ｏｘｙＨｂ」ともいう）となり、一方、酸素と離れてデオキシヘモグロビン（以下、「ｄｅｏｘｙＨｂ」ともいう）となる。脳内では、血流再配分作用によって活性化している部位には酸素供給が行われ、酸素と結合したオキシヘモグロビンの濃度が増加することも知られている。
そこで、光を用いて生体内部を簡便に無侵襲で測定する生体測定方法が知られている。オキシヘモグロビンとデオキシヘモグロビンとは、可視光から近赤外領域にかけて異なる分光吸収スペクトル特性を有しているので、例えば、近赤外光を生体に照射することにより、生体を透過して得られる光量から、オキシヘモグロビンの濃度及びデオキシヘモグロビンの濃度をそれぞれ求めることができる。

このような生体測定方法を用いて脳の活動状況を観察するために、送光プローブと受光プローブとを設定間隔（チャンネル）で備える光生体計測装置が開発されている。光生体計測装置では、被検体の頭皮表面上に配置した送光プローブにより、脳に近赤外光を照射するとともに、頭皮表面上に配置した受光プローブにより、脳から放出された近赤外光の光量を検出する。近赤外光は、頭皮組織や骨組織を透過し、かつ、血液中のオキシヘモグロビン、デオキシヘモグロビンにより吸収される。よって、送光プローブと受光プローブとを用いることにより、脳の測定部位のオキシヘモグロビンの濃度（正確にはオキシヘモグロビンの濃度変化量×平均光路長であるが、平均光路長は一定（設定間隔）として省略する）、デオキシヘモグロビンの濃度（正確にはデオキシヘモグロビンの濃度変化量×平均光路長であるが、平均光路長は一定として省略する）、さらにはこれらから算出される総ヘモグロビンの濃度（正確には総ヘモグロビンの濃度変化量×平均光路長であるが、平均光路長は一定として省略する）の経時変化が測定データとして求められる。図４は、測定データ（トレンドグラフ）の一例を示す図である。なお、縦軸は濃度を示し、横軸は時間を示す。

ここで、送光プローブと受光プローブとの位置と、脳の測定部位との関係について説明する。図５（ａ）は、一対の送光プローブ１２及び受光プローブ１３と、脳の測定部位との関係を示す断面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）の平面図である。
送光プローブ１２が被検体の頭皮表面上の送光点Ｔに押し当てられるとともに、受光プローブ１３が被検体の頭皮面上の受光点Ｒに押し当てられる。そして、送光プローブ１２から光を照射させるとともに、受光プローブ１３に頭皮表面から放出される光を検出させる。このとき、頭皮表面上の送光点Ｔから照射された光のうちで、バナナ形状（測定領域）を通過した光が、頭皮表面上の受光点Ｒに到達する。これにより、測定領域の中でも、特に、送光点Ｔと受光点Ｒとを被検体の頭皮表面に沿って最短距離で結んだ線Ｌ（設定間隔）の中点Ｍから、送光点Ｔと受光点Ｒとを被検体の頭皮表面に沿って最短距離で結んだ線の距離の半分の深さＬ／２である被検体の部位Ｓの受光量情報（オキシヘモグロビンの濃度、デオキシヘモグロビンの濃度、さらにはこれらから算出される総ヘモグロビンの濃度）が求まるとしている。

さらに近年、脳表面全体に関する脳の測定部位のオキシヘモグロビンの濃度、デオキシヘモグロビンの濃度及び総ヘモグロビンの各濃度をそれぞれ測定することにより、脳機能診断や循環器系障害診断等の医療分野に適用される光生体計測装置が開発されてきている。このような光生体計測装置では、例えば、近赤外分光分析計（以下、ＮＩＲＳと略す）等が利用されている（例えば、特許文献１参照）。
ＮＩＲＳにおいては、複数個の送光プローブと、複数個の受光プローブとを所定の配列で被検体の頭皮表面に密着させるために、ホルダが使用される。このようなホルダとしては、例えば、頭皮表面の形状に合わせて椀形状に成型された成型ホルダが使用されている。成型ホルダには貫通孔が複数個設けられ、送光プローブと受光プローブとがそれらの貫通孔に挿入されることによって、設定間隔（チャンネル）が一定となり、頭皮表面から特定の深度の受光量情報を得ている。
図６は、上述したようなＮＩＲＳにおける１２個の送光プローブと１２個の受光プローブとの位置関係を示す平面図である。送光プローブ１２ａ〜１２ｌと受光プローブ１３ａ〜１３ｌとは、斜め方向に交互となるように配置されている。なお、送光プローブ１２ａ〜１２ｌから照射された光は、隣接する受光プローブ１３ａ〜１３ｌ以外の離れた受光プローブ１３ａ〜１３ｌでも検出されるが、ここでは説明を簡単にするため、隣接する受光プローブ１３ａ〜１３ｌのみで検出されることとする。よって、合計３６個の受光量情報（光検出信号）が得られることになる。
なお、一般的に設定間隔（チャンネル）を３０ｍｍとしたものが用いられ、チャンネルが３０ｍｍである場合には、上述したようにチャンネルの中点からの深度１５ｍｍ〜２０ｍｍの受光量情報が得られると考えられている。すなわち、頭皮表面から深度１５ｍｍ〜２０ｍｍの位置は脳表部位にほぼ対応し、脳の活動状況に関した受光量情報が得られる。

このようなＮＩＲＳで得られた受光量情報（光検出信号）から算出されたオキシヘモグロビン、デオキシヘモグロビン及び総ヘモグロビンの各濃度の経時変化は、医師等によって観察されるために、表示装置に測定データ（トレンドグラフ）として表示される。
図７は、従来の光生体計測装置により３６個の測定データ（トレンドグラフ）が表示されたモニタ画面の一例を示す図である。
モニタ画面には、３６個の測定データ＃１〜＃３６の表示が行われている。このとき、図６に示した平面図において、送光プローブ１２ａ〜１２ｌと受光プローブ１３ａ〜１３ｌとを最短距離で結んだ線の各中点に、その送光プローブ１２ａ〜１２ｌから照射させた光を、その受光プローブ１３ａ〜１３ｌで検出させたときに得られた測定データが配置されるように整列されて表示されている。具体的には、送光プローブ１２ａから照射させた光を受光プローブ１３ａで検出させたときの測定データ＃１が、左上に配置され、送光プローブ１２ａから照射させた光を受光プローブ１３ｄで検出させたときの測定データ＃２が、測定データ＃１の下に配置され、送光プローブ１２ｂから照射させた光を受光プローブ１３ａで検出させたときの測定データ＃７が、測定データ＃１の右に配置されるように、３６個の測定データ＃１〜＃３６が整列して配置されている。

また、図８は、測定データ（トレンドグラフ）における特定の時間の総ヘモグロビンの濃度の脳表面全体での等高線（カラーマップ）が表示されたモニタ画面の一例を示す図である。
モニタ画面には、３次元脳表面画像２４ｂと３次元頭皮表面画像２４ａとの表示が行われている。そして、３次元脳表面画像２４ｂに、特定の時間での総ヘモグロビンの濃度を示す等高線が重畳されて表示されている。このとき、等高線において、ベース値を基準として所定の幅で総ヘモグロビンの濃度が上昇又は下降する毎に色調が変化するように表示されている。
特開２００６−１０９９６４号公報

しかしながら、図７に示す表示方法では、３６個の測定データ＃１〜＃３６において、酸素化ヘモグロビン、脱酸素化ヘモグロビン及び総ヘモグロビンの各濃度と時間との関係が表示されているたけで、医師等の観察者は脳のどの部位に脳虚血等の病状が生じているか否かを容易に診察することができず、診察が困難であった。
また、図８に示すような表示方法では、脳の部位の表示があり、脳の測定部位の把握は容易になるが、特定の時間での総ヘモグロビンの濃度しか把握することができないため、特定の時間前後での総ヘモグロビンの濃度を把握することができなかった。さらに、総ヘモグロビンの濃度以外のオキシヘモグロビン及びデオキシヘモグロビンの濃度を把握するためには、表示中の表示画面とは別の表示画面を開くというように切替を行う必要があるので、多くの手間がかかっていた。
すなわち、従来の光生体計測装置では、脳虚血等の病状が生じているか否かを診察するために必要となる酸素化ヘモグロビン、脱酸素化ヘモグロビン及び総ヘモグロビンの全ての濃度の増減を総合的に示すような表示が行われていなかった。
そこで、本発明は、酸素化ヘモグロビン、脱酸素化ヘモグロビン及び総ヘモグロビンの全ての濃度の増減を総合的に示す測定部位状態を表示することができる光生体計測装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明の光生体計測装置は、被検体の皮膚表面上に配置される複数個の送光プローブと、当該皮膚表面上に配置される複数個の受光プローブとを有する送受光部と、前記送光プローブが皮膚表面に光を照射するとともに、前記受光プローブが皮膚表面から放出される光を検出するように制御することで、前記被検体中の測定部位に関する光検出信号を取得する送受光部制御部と、前記光検出信号に基づいて、酸素化ヘモグロビン、脱酸素化ヘモグロビン及び総ヘモグロビンの各濃度の経時変化を示す測定データを算出する測定データ算出部とを備える光生体計測装置であって、前記測定データに基づいて、前記測定部位において各濃度がそれぞれ増加したか減少したかを判定する判定部と、前記酸素化ヘモグロビン、脱酸素化ヘモグロビン及び総ヘモグロビンの全ての濃度の増減を総合的に示す測定部位状態と色調とを対応つけた状態変化テーブルを記憶するテーブル記憶部と、前記判定部で判定された測定部位状態を状態変化テーブルに当てはめることにより色調を決定し、前記測定部位状態を色調で表現するように表示装置に表示する表示制御部とを備えるようにしている。

本発明の光生体計測装置によれば、テーブル記憶部は、酸素化ヘモグロビン、脱酸素化ヘモグロビン及び総ヘモグロビンの全ての濃度の増減を総合的に示す測定部位状態と色調とを対応つけた状態変化テーブルを記憶している。例えば、酸素化ヘモグロビン、脱酸素化ヘモグロビン及び総ヘモグロビンの全ての濃度が増加する測定部位状態であるときには「紫色」とし、酸素化ヘモグロビン及び総ヘモグロビンの濃度が増加するとともに脱酸素化ヘモグロビンの濃度が減少する測定部位状態であるときには「青色」とするように、各測定部位状態にそれぞれの色調を対応付けている。
また、判定部は、測定データに基づいて、測定部位において各濃度がそれぞれ増加したか減少したかを判定する。これにより、表示制御部は、判定部で判定された測定部位状態を状態変化テーブルに当てはめることにより色調を決定し、測定部位状態を色調で表現するように表示装置に表示する。例えば、表示装置に「紫色」が表示されていれば、測定部位は、酸素化ヘモグロビン、脱酸素化ヘモグロビン及び総ヘモグロビンの全ての濃度が増加する測定部位状態であることを把握することができ、また、表示装置に「青色」が表示されていれば、酸素化ヘモグロビン及び総ヘモグロビンの濃度が増加するとともに脱酸素化ヘモグロビンの濃度が減少する測定部位状態であることを把握することができるようになっている。
すなわち、酸素化ヘモグロビン、脱酸素化ヘモグロビン及び総ヘモグロビンの全ての濃度の増減を総合的に示す測定部位状態が識別可能に表示される。

したがって、本発明の光生体計測装置によれば、脱酸素化ヘモグロビン及び総ヘモグロビンの全ての濃度の増減を総合的に示す測定部位状態が識別可能に表示されるので、医師等の観察者は脳虚血等の病状が生じているか否かを容易に診察することができる。

（その他の課題を解決するための手段及び効果）
また、本発明の光生体計測装置は、前記送光プローブ及び受光プローブは、前記被検体の頭皮表面上に配置され、前記送光プローブ及び受光プローブの配置位置の情報から光検出信号が得られる脳の測定部位の位置を算出する位置算出部を備え、前記表示制御部は、前記表示装置に表示された３次元脳表面画像の脳の測定部位上に色調を重畳するようにしてもよい。
本発明の光生体測定装置によれば、３次元脳表面画像の脳の測定部位上に色調が重畳されるので、脳虚血等の病状が生じている脳の測定部位の位置を容易に把握することができる。
また、本発明の光生体計測装置は、前記判定部は、前記被検体が安静にしているときに算出された測定データと比較することにより、各濃度がそれぞれ増加したか減少したかを判定するようにしてもよい。

そして、本発明の光生体計測装置は、前記被検体にタスクが与えられたときの濃度変化であるか否かを評価するために、前記測定データを一次線形モデル（ＧＬＭ）で統計解析して検定統計量（Ｔ値）及び有意確率（Ｐ値）を算出する統計結果算出部を備え、前記判定部は、前記有意確率（Ｐ値）に基づいて、前記被検体にタスクが与えられたときの濃度変化であるか否かを評価して、前記被検体にタスクが与えられたときの濃度変化であると評価したときには、前記検定統計量（Ｔ値）に基づいて、各濃度がそれぞれ増加したか減少したかを判定するようにしてもよい。
本発明の光生体測定装置によれば、測定データに統計的処理を加えることによって信頼性を向上させた測定部位状態が識別可能に表示されるので、医師等の観察者は脳虚血等の病状が生じているか否かをより正確に診察することができる。

さらに、本発明の光生体計測装置は、被検体の皮膚表面上に配置される複数個の送光プローブと、当該皮膚表面上に配置される複数個の受光プローブとを有する送受光部と、前記送光プローブが皮膚表面に光を照射するとともに、前記受光プローブが皮膚表面から放出される光を検出するように制御することで、前記被検体中の測定部位に関する光検出信号を取得する送受光部制御部と、前記光検出信号に基づいて、酸素化ヘモグロビン、脱酸素化ヘモグロビン及び総ヘモグロビンの各濃度の経時変化を示す測定データを算出する測定データ算出部とを備える光生体計測装置であって、前記測定データに基づいて、前記測定部位において各濃度がそれぞれ増加したか減少したかを判定する判定部と、前記酸素化ヘモグロビン、脱酸素化ヘモグロビン及び総ヘモグロビンの全ての濃度の増減を総合的に示す測定部位状態と病状とを対応つけた状態変化テーブルを記憶するテーブル記憶部と、前記判定部で判定された測定部位状態を状態変化テーブルに当てはめることにより病状を決定し、表示装置に病状を表示する表示制御部とを備えるようにしている。

本発明の光生体計測装置によれば、酸素化ヘモグロビン、脱酸素化ヘモグロビン及び総ヘモグロビンの全ての濃度の増減を総合的に示す測定部位状態と病状とを対応つけた状態変化テーブルを記憶している。例えば、酸素化ヘモグロビンの濃度が減少するとともに脱酸素化ヘモグロビン及び総ヘモグロビンの濃度が増加する測定部位状態であるときと、酸素化ヘモグロビン及び総ヘモグロビンの濃度が減少するとともに脱酸素化ヘモグロビンの濃度が増加する測定部位状態であるときとには虚血とするように対応付ける。
また、判定部は、測定データに基づいて、測定部位において各濃度がそれぞれ増加したか減少したかを判定する。これにより、表示制御部は、判定部で判定された測定部位状態を状態変化テーブルに当てはめることにより病状を決定し、表示装置に病状を表示する。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。

（第一の実施形態）
図１は、本発明の一実施形態である光生体計測装置の構成を示すブロック図である。光生体測定装置１は、送受光部１１と、発光部２と、光検出部３と、光生体計測装置１全体の制御を行う制御部（コンピュータ）２０とにより構成される。
また、図２は、送受光部１１における５個の送光プローブ１２と、４個の受光プローブ１３との位置関係を示す平面図である。
さらに、図３は、本発明に係る光生体計測装置１により表示されたモニタ画面２３ａの一例を示す図である。３次元脳表面画像２４ｂの１２個の測定部位＃１〜＃１２上には、それぞれ色調が表示されている。

送受光部１１は、図２に示すように、５個の送光プローブ１２と４個の受光プローブ１３とを有し、送光プローブ１２と受光プローブ１３とが縦方向と横方向とに交互となるように配置されたものである。なお、送光プローブ１２と受光プローブ１３との間の距離（設定距離）は、３０ｍｍである。また、５個の送光プローブ１２は、光を出射するものであり、一方、４個の受光プローブ１３は、光量を検出するものである。
発光部２は、コンピュータ２０から入力された駆動信号により５個の送光プローブ１２のうちから選択される１個の送光プローブ１２に光を送光する。上記光としては、近赤外光（例えば、７８０ｎｍと８５０ｎｍとの２波長光）が用いられる。
光検出部３は、４個の受光プローブ１３で受光した近赤外光（例えば、７８０ｎｍと８５０ｎｍとの２波長光）を個別に検出することにより、４個の光検出信号をコンピュータ２０に出力する。

コンピュータ２０においては、ＣＰＵ２１を備え、さらに、メモリ２５と、モニタ画面２３ａ等を有する表示装置２３と、入力装置２２であるキーボード２２ａやマウス２２ｂとが連結されている。
また、ＣＰＵ２１が処理する機能をブロック化して説明すると、発光部２及び光検出部３を制御する送受光部制御部４と、測定データ算出部３１と、位置算出部３２と、判定部３３と、表示制御部３４とを有する。
また、メモリ２５は、光検出信号や測定データを記憶する測定データ記憶部５２と、測定部位状態と色調とを対応つけた状態変化テーブルを記憶するテーブル記憶部５３とを有する。

テーブル記憶部５３は、酸素化ヘモグロビン（ｏｘｙＨｂ）、脱酸素化ヘモグロビン（ｄｅｏｘｙＨｂ）及び総ヘモグロビン（ｔｏｔａｌＨｂ）の全ての濃度の増減を総合的に示す測定部位状態と色調とを対応つけた状態変化テーブルを記憶する。
具体的には、表１に示すように、酸素化ヘモグロビン、脱酸素化ヘモグロビン及び総ヘモグロビンの全ての濃度が増加する測定部位状態であるときには紫色とし、酸素化ヘモグロビン及び総ヘモグロビンの濃度が増加するとともに脱酸素化ヘモグロビンの濃度が減少する測定部位状態であるときには青色とするように、８週類の測定部位状態にそれぞれの色調を対応付けている。つまり、観察者は色調を観察するだけで、８種類の測定部位状態のいずれの測定部位状態であるかを把握することができるようになっている。

送受光部制御部４は、発光部２に駆動信号を出力する発光制御部４２と、光検出部３からの光検出信号が入力されることにより光検出信号を測定データ記憶部５２に記憶させる光検出制御部４３とを有する。
発光制御部４２は、送光プローブ１２に光を送光する駆動信号を発光部２に出力する制御を行うものである。
光検出制御部４３は、光検出部３からの光検出信号が入力されることにより、４個の受光プローブ１３から検出された４個の光検出信号を測定データ記憶部５２に記憶させる制御を行うものである。つまり、１個の送光プローブ１２から光が送光されるごとに、４個の光検出信号が測定データ記憶部５２に記憶されることになる。なお、送光プローブ１２と隣接した受光プローブ１３への光の光検出信号を、脳の測定部位＃１〜＃１２から得られる受光量情報とするので、全ての送光プローブ１２から光が送光された後には、２０個の光検出信号から選択される１２個の光検出信号を得ることになる。

測定データ算出部３１は、測定データ記憶部５２に記憶された光検出信号において、送光プローブ１２と隣接した受光プローブ１３への１２個の光検出信号を取得して、取得した１２個の光検出信号に基づいて、酸素化ヘモグロビン、脱酸素化ヘモグロビン及び総ヘモグロビンの各濃度の経時変化を示す測定データ（トレンドグラフ）をそれぞれ算出して測定データ記憶部５２に記憶させる制御を行うものである。
このとき、図２に示す送受光部１１において、１２個の脳の測定部位＃１〜＃１２での測定データ（トレンドグラフ）がそれぞれ算出される。
また、酸素化ヘモグロビン、脱酸素化ヘモグロビン及び総ヘモグロビンの各濃度は、正確にはそれぞれの濃度変化量×平均光路長であるが、平均光路長（３０ｍｍ）は一定であるので省略する。

位置算出部３２は、５個の送光プローブ１２及び４個の受光プローブ１３の配置位置の情報から光検出信号が得られる１２個の脳の測定部位＃１〜＃１２の位置を算出する制御を行うものである。
例えば、位置算出部３２は、脳の測定部位＃１〜＃１２の位置を、送光プローブ１２の位置と受光プローブ１３の位置とを結んだ線の垂直二等分線と交差する脳表面の位置とするように算出する。

判定部３３は、測定データ記憶部５２に記憶された測定データ（トレンドグラフ）に基づいて、脳の測定部位＃１〜＃１２において、被検体が安静にしているときに算出された測定データ（トレンドグラフ）と比較することにより、被検体にタスクが与えられたときに算出された測定データ（トレンドグラフ）における各濃度がそれぞれ増加したか減少したかを判定する制御を行うものである。
例えば、まず、被検体が安静にしているときに算出された測定データ（トレンドグラフ）において、酸素化ヘモグロビン、脱酸素化ヘモグロビン及び総ヘモグロビンの各濃度のそれぞれの平均値を閾値（ベースライン）として算出する。
次に、被検体にタスクが与えられたときに算出された測定データ（トレンドグラフ）において、酸素化ヘモグロビン、脱酸素化ヘモグロビン及び総ヘモグロビンの各濃度のそれぞれの平均値を測定値として算出する。
そして、測定値が閾値（ベースライン）以上であるときには、濃度が増加した（＋）と判定し、一方、測定値が閾値（ベースライン）未満であるときには、濃度が減少した（−）と判定する。このようにして、１２個の脳の測定部位＃１〜＃１２において、酸素化ヘモグロビン、脱酸素化ヘモグロビン及び総ヘモグロビンの全ての濃度の増減を判定する。

表示制御部３４は、判定部３３で判定された測定部位状態を状態変化テーブルに当てはめることにより色調を決定し、測定部位状態を色調で表現するように、モニタ画面２３ａに表示された３次元脳表面画像２４ｂの１２個の脳の測定部位＃１〜＃１２上に色調を表示する制御を行うものである。
例えば、まず、表２に示すように、１２個の脳の測定部位＃１〜＃１２において、判定部３３で判定された測定部位状態を状態変化テーブルに当てはめることにより色調を決定する。

次に、図３に示すように、３次元脳表面画像２４の１２個の測定部位＃１〜＃１２上に、それぞれ色調を表示する。これにより、測定部位＃１〜＃５、＃８〜＃１２上には、緑色が表示されているので、測定部位＃１〜＃５、＃８〜＃１２は、酸素化ヘモグロビンの濃度が増加するとともに脱酸素化ヘモグロビン及び総ヘモグロビンの濃度が減少する測定部位状態であることが把握することができ、また、測定部位＃６、＃９上には、橙色が表示されているので、測定部位＃６、＃７は、脱酸素化ヘモグロビンの濃度が増加するとともに酸素化ヘモグロビン及び総ヘモグロビンの濃度が減少する測定部位状態であることが把握することができる。
以上のように、光生体計測装置１によれば、脱酸素化ヘモグロビン及び総ヘモグロビンの全ての濃度の増減を総合的に示す測定部位状態が識別可能に表示されるので、医師等の観察者は脳虚血等の病状が生じているか否かを容易に診察することができる。例えば、図３において、測定部位＃６、＃９上には橙色が表示されているので、測定部位＃６、＃７には脳虚血が生じていると診察することができる。

（第二の実施形態）
図９は、本発明の他の一実施形態である光生体計測装置の構成を示すブロック図である。光生体計測装置１では、判定部３３は平均値を閾値（ベースライン）として各濃度がそれぞれ増加したか減少したかを判定するようにしたが、本実施形態では、測定データを一次線形モデル（ＧＬＭ）で統計解析して検定統計量（Ｔ値）及び有意確率（Ｐ値）を算出する統計結果算出部３６を備え、判定部３５が有意確率（Ｐ値）に基づいて、被検体にタスクが与えられたときの濃度変化であるか否かを評価してから、被検体にタスクが与えられたときの濃度変化であると評価したときには、検定統計量（Ｔ値）に基づいて、各濃度がそれぞれ増加したか減少したかを判定するようにしている。
すなわち、光生体計測装置６０におけるＣＰＵ２１が処理する機能をブロック化して説明すると、発光部２及び光検出部３を制御する送受光部制御部４と、測定データ算出部３１と、位置算出部３２と、判定部３５と、表示制御部３４と、統計結果算出部３６とを有する。なお、光生体計測装置１と同様のものについては、同じ符号を付している。

テーブル記憶部５３は、酸素化ヘモグロビン（ｏｘｙＨｂ）、脱酸素化ヘモグロビン（ｄｅｏｘｙＨｂ）及び総ヘモグロビン（ｔｏｔａｌＨｂ）の全ての濃度の増減を総合的に示す測定部位状態と色調とを対応つけた状態変化テーブルを記憶する。
具体的には、酸素化ヘモグロビン、脱酸素化ヘモグロビン及び総ヘモグロビンの各濃度の３種類の増減を判定するため、光の三原色を用いて、酸素化ヘモグロビンの濃度については「赤」を対応させ、脱酸素化ヘモグロビンの濃度については「青」を対応させ、総ヘモグロビンの濃度については「緑」を対応させる。そして、各濃度変化の有意性がなしと評価されたときには、その色の諧調を「０」とし、一方、各濃度変化の有意性がありと評価され、かつ、濃度が減少したと判定したときには、その色の諧調を「１２７」とし、濃度が増加したと判定したときには、その色の諧調を「２５５」とする。
よって、表３に示すように、酸素化ヘモグロビン、脱酸素化ヘモグロビン及び総ヘモグロビンの全ての濃度変化の有意性があり、かつ、全ての濃度が増加する測定部位状態であるときには「赤：２５５、青：２５５、緑：２５５」の色調とし、酸素化ヘモグロビンの濃度変化の有意性がないとともに脱酸素化ヘモグロビン及び総ヘモグロビンの濃度変化の有意性があり、かつ、脱酸素化ヘモグロビン及び総ヘモグロビンの各濃度が増加する測定部位状態であるときには「赤：０、青：２５５、緑：２５５」の色調とするように、２７週類の測定部位状態にそれぞれの色調を対応付けている。つまり、観察者は色調を観察するだけで、２７種類の測定部位状態のいずれの測定部位状態であるかを把握することができるようになっている。

統計結果算出部３６は、測定データ記憶部５２に記憶された測定データ（トレンドグラフ）を一次線形モデル（ＧＬＭ）で統計解析して検定統計量（Ｔ値）及び有意確率（Ｐ値）を算出する制御を行うものである。
例えば、測定データ（トレンドグラフ）において、酸素化ヘモグロビン、脱酸素化ヘモグロビン及び総ヘモグロビンの各濃度について、ｂｏｘ−ｃａｒ等のモデル関数を用い、その偏回帰係数をｔ検定することにより、検定統計量（Ｔ値）及び有意確率（Ｐ値）を算出する。

判定部３５は、統計結果算出部３６で算出された有意確率（Ｐ値）に基づいて、被検体にタスクが与えられたときの濃度変化であるか否かを評価して、被検体にタスクが与えられたときの濃度変化であると評価したときには、検定統計量（Ｔ値）に基づいて、各濃度がそれぞれ増加したか減少したかを判定する制御を行うものである。
例えば、まず、有意確率（Ｐ値）が閾値（例えば、０．０５）以内であるときには、被検体にタスクが与えられたときの濃度変化である（有意性あり）と評価し、一方、有意確率（Ｐ値）が閾値（例えば、０．０５）を超えるときには、被検体にタスクが与えられたときの濃度変化でない（「×」：有意性なし）と評価する。
次に、被検体にタスクが与えられたときの濃度変化である（有意性あり）と評価したときには、検定統計量（Ｔ値）が正であるときには、濃度が増加した（＋）と判定し、一方、検定統計量（Ｔ値）が負であるときには、濃度が減少した（−）と判定する。このようにして、１２個の脳の測定部位＃１〜＃１２において、酸素化ヘモグロビン、脱酸素化ヘモグロビン及び総ヘモグロビンの全ての濃度の増減を判定する。

表示制御部３４は、判定部３５で判定された測定部位状態を状態変化テーブルに当てはめることにより色調を決定し、測定部位状態を色調で表現するように、モニタ画面２３ａに表示された３次元脳表面画像２４ｂの１２個の脳の測定部位＃１〜＃１２上に色調を表示する制御を行うものである。このとき、観察者が色調を観察するだけで、２７種類の測定部位状態のいずれの測定部位状態であるかを容易に把握することができるように、モニタ画面２３ａのいずれかの位置（例えば、左上部）にカラーパレットの表示が行われるようにしてもよい。
以上のように、光生体計測装置６０によれば、脱酸素化ヘモグロビン及び総ヘモグロビンの全ての濃度の増減を総合的に示す測定部位状態が識別可能に表示されるので、医師等の観察者は脳虚血等の病状が生じているか否かを容易に診察することができる。

（他の実施形態）
（１）上述した光生体計測装置１では、５個の送光プローブ１２と４個の受光プローブ１３とを有する送受光部１１を示したが、異なる数、例えば１２個の送光プローブと１２個の受光プローブとを有する送受光部としてもよい。
（２）上述した光生体計測装置１では、測定部位状態と色調とを対応つけた状態変化テーブルを記憶するテーブル記憶部５３を示したが、測定部位状態と病状とを対応つけた状態変化テーブルを記憶するようにしてもよい。このとき、表示制御部３４は、判定部３３で判定された測定部位状態を状態変化テーブルに当てはめることにより病状を決定し、モニタ画面２３ａに１２個の脳の測定部位＃１〜＃１２の病状をそれぞれ表示することになる。
（３）上述した光生体計測装置１では、測定値が閾値（ベースライン）以上であるときには、濃度が増加したと判定し、一方、測定値が閾値（ベースライン）未満であるときには、濃度が減少したと判定する判定部３３を示したが、被検体が安静にしているときに算出された測定データ（トレンドグラフ）において、酸素化ヘモグロビン、脱酸素化ヘモグロビン及び総ヘモグロビンの各濃度のそれぞれの平均値と標準偏差とを算出して、測定値が（平均値＋３×標準偏差）以上であるときには、濃度が増加した（＋）と判定し、測定値が（平均値−３×標準偏差）未満であるときには、濃度が減少した（−）と判定し、測定値が（平均値−３×標準偏差）以上（平均値＋３×標準偏差）未満であるときには、濃度は増減なし（０）と判定するようにしてもよい。このとき、表示制御部３４は、判定部３３で判定された測定部位状態を、表４に示すような状態変化テーブルに当てはめることにより色調を決定し、測定部位状態を色調で表現するように、モニタ画面２３ａに表示された３次元脳表面画像２４ｂの１２個の脳の測定部位＃１〜＃１２上に色調を表示することになる。

（４）上述した光生体計測装置１では、被検体が安静にしているときに算出された測定データと比較することにより、被検体にタスクが与えられたときに算出された測定データにおける各濃度がそれぞれ増加したか減少したかを判定する判定部３３を示したが、さらに、被検体にタスクが与えられたときに、刺激前半部と刺激後半部と刺激後との時間区分を設けて、各時間区分での各濃度がそれぞれ増加したか減少したかを判定するようにしてもよい。このとき、表示制御部３４は、判定部３３で判定された測定部位状態を状態変化テーブルに当てはめることにより色調を決定し、モニタ画面２３ａにある時間区分における１２個の脳の測定部位＃１〜＃１２の色調を表示することになる。

本発明は、近赤外光を用いて非侵襲で、脳の測定部位の活動状況を計測する光脳機能イメージング装置や、生体中の測定部位の酸素消費量をモニタリングする酸素モニタ等として使用することができる。

本発明の一実施形態である光生体計測装置の構成を示すブロック図である。 ５個の送光プローブと４個の受光プローブとの位置関係を示す平面図である。 本発明に係る光生体計測装置により表示されたモニタ画面の一例を示す図である。 測定データの一例を示す図である。 一対の送光プローブ及び受光プローブと、脳の測定部位との関係を示す図である。 １２個の送光プローブと１２個の受光プローブとの位置関係を示す平面図である。 従来の光生体測定装置により表示されたモニタ画面の一例を示す図である。 従来の光生体測定装置により表示されたモニタ画面の一例を示す図である。 本発明の他の一実施形態である光生体計測装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１：光生体計測装置
４：送受光部制御部
１１：送受光部
１２：送光プローブ
１３：受光プローブ
２２：入力装置
２３：表示装置
３１：測定データ算出部
３３：判定部
３４：表示制御部
５３：テーブル記憶部
Ｔ：送光点
Ｒ：受光点

Claims (5)

1. 被検体の皮膚表面上に配置される複数個の送光プローブと、当該皮膚表面上に配置される複数個の受光プローブとを有する送受光部と、
   前記送光プローブが皮膚表面に光を照射するとともに、前記受光プローブが皮膚表面から放出される光を検出するように制御することで、前記被検体中の測定部位に関する光検出信号を取得する送受光部制御部と、
   前記光検出信号に基づいて、酸素化ヘモグロビン、脱酸素化ヘモグロビン及び総ヘモグロビンの各濃度の経時変化を示す測定データを算出する測定データ算出部とを備える光生体計測装置であって、
   前記測定データに基づいて、前記測定部位において各濃度がそれぞれ増加したか減少したかを判定する判定部と、
   前記酸素化ヘモグロビン、脱酸素化ヘモグロビン及び総ヘモグロビンの全ての濃度の増減を総合的に示す測定部位状態と色調とを対応つけた状態変化テーブルを記憶するテーブル記憶部と、
   前記判定部で判定された測定部位状態を状態変化テーブルに当てはめることにより色調を決定し、前記測定部位状態を色調で表現するように表示装置に表示する表示制御部とを備えることを特徴とする光生体計測装置。
2. 前記送光プローブ及び受光プローブは、前記被検体の頭皮表面上に配置され、
   前記送光プローブ及び受光プローブの配置位置の情報から光検出信号が得られる脳の測定部位の位置を算出する位置算出部を備え、
   前記表示制御部は、前記表示装置に表示された３次元脳表面画像の脳の測定部位上に色調を重畳することを特徴とする請求項１に記載の光生体計測装置。
3. 前記判定部は、前記被検体が安静にしているときに算出された測定データと比較することにより、各濃度がそれぞれ増加したか減少したかを判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の光生体計測装置。
4. 前記被検体にタスクが与えられたときの濃度変化であるか否かを評価するために、前記測定データを一次線形モデル（ＧＬＭ）で統計解析して検定統計量（Ｔ値）及び有意確率（Ｐ値）を算出する統計結果算出部を備え、
   前記判定部は、前記有意確率（Ｐ値）に基づいて、前記被検体にタスクが与えられたときの濃度変化であるか否かを評価して、前記被検体にタスクが与えられたときの濃度変化であると評価したときには、前記検定統計量（Ｔ値）に基づいて、各濃度がそれぞれ増加したか減少したかを判定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光生体計測装置。
5. 被検体の皮膚表面上に配置される複数個の送光プローブと、当該皮膚表面上に配置される複数個の受光プローブとを有する送受光部と、
   前記送光プローブが皮膚表面に光を照射するとともに、前記受光プローブが皮膚表面から放出される光を検出するように制御することで、前記被検体中の測定部位に関する光検出信号を取得する送受光部制御部と、
   前記光検出信号に基づいて、酸素化ヘモグロビン、脱酸素化ヘモグロビン及び総ヘモグロビンの各濃度の経時変化を示す測定データを算出する測定データ算出部とを備える光生体計測装置であって、
   前記測定データに基づいて、前記測定部位において各濃度がそれぞれ増加したか減少したかを判定する判定部と、
   前記酸素化ヘモグロビン、脱酸素化ヘモグロビン及び総ヘモグロビンの全ての濃度の増減を総合的に示す測定部位状態と病状とを対応つけた状態変化テーブルを記憶するテーブル記憶部と、
   前記判定部で判定された測定部位状態を状態変化テーブルに当てはめることにより病状を決定し、表示装置に病状を表示する表示制御部とを備えることを特徴とする光生体計測装置。