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1. CN102639065 - Optical measurement system, portable optical measurement device used therein, and rehabilitation planning method using same

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[ ZH ]
光测量系统、用于该系统的便携式光测量装置及康复计划方法


技术领域
本发明涉及一种利用光非侵入地测量生物体内部信息(测 量数据)的光测量系统、用于该系统的便携式光测量装置及康复 计划方法,更详细地说,涉及一种多通道方式的光测量系统、 用于该系统的便携式光测量装置及康复计划方法,其中,在该 多通道方式的光测量系统中具有多个用于向生物体照射光的送 光点和多个用于接收从生物体发出的光的受光点,针对以一个 送光点和一个受光点为一组而确定的多个通道测量生物体内部 信息。
本发明例如能够应用于通过测量脑内各部的血流随时间的 变化、生物体内部的氧分供给的变化来进行脑功能测量、循环 器官系统异常诊断的医用设备等。
背景技术
近年来,为了观察脑的活动情况,开发了一种利用光以非 侵入方式简便地进行测量的脑功能光学成像装置。在这种脑功 能光学成像装置中,通过配置在被检者的头部表面上的送光探 针向脑照射3种不同的波长λ 1 、λ 2 、λ 3 (例如,780nm、805nm、8 30nm)的近红外光,并且通过配置在头部表面上的受光探针分 别检测从脑部发出的各波长λ 1 、λ 2 、λ 3 的近红外光的强度(受光 量信息)A(λ 1 )、A(λ 2 )、A(λ 3 )。
并且,为了根据以这种方式获得的受光量信息A(λ 1 )、A(λ 2 )、 A(λ 3 )来求出脑部血流中的氧合血红蛋白的浓度与光路长度的 积[oxyHb]和脱氧血红蛋白的浓度与光路长度的积[deoxyHb], 例如利用Mo dified B eer Lambert(修正的比尔-朗伯)定律生成 关系式(1)、(2)、(3)所示的联立方程式,对该联立方程式进行 求解(例如参照非专利文献1)。并且,根据氧合血红蛋白的浓度 与光路长度的积[oxyHb]和脱氧血红蛋白的浓度与光路长度的 积[deoxyHb]计算出总血红蛋白的浓度与光路长度的积([oxyHb] +[deoxyHb])。
A(λ 1 )=E o 1 )×[oxyHb]+E d 1 )×[deoxyHb]…(1)
A(λ 2 )=E o 2 )×[oxyHb]+E d 2 )×[deoxyHb]…(2)
A(λ 3 )=E o 3 )×[oxyHb]+E d 3 )×[deoxyHb]…(3)
此外,E o m )是波长为λ m 的光中的氧合血红蛋白的吸光度 系数,E d m )是波长为λ m 的光中的脱氧血红蛋白的吸光度系数。
在此,对送光探针和受光探针之间的距离(通道)与测量部 位的关系进行说明。图12的(a)是表示一对送光探针和受光探针 与测量部位的关系的截面图,图12的(b)是图12的(a)的俯视图。
将送光探针12压紧于被检者的头部表面的送光点T,并且 将受光探针13压紧于被检者的头部表面的受光点R。然后,从 送光探针12照射光,并且从头部表面发出的光入射到受光探针1 3。此时,关于光,从头部表面的送光点T照射的光中的通过香 蕉形状(测量区域)的光到达头部表面的受光点R。由此,还能够 在测量区域中特别获得与被检者的测量部位S有关的受光量信 息A(λ 1 )、A(λ 2 )、A(λ 3 ),该被检者的测量部位S是离中点M深度 为L/2的部位,该中点M为沿着被检者的头部表面以最短距离将 送光点T与受光点R相连接而得到的线L的中点,该L/2为沿着被 检者的头部表面以最短距离将送光点T与受光点R相连接而得 到的线的距离的一半。
另外,在脑功能光学成像装置中,为了分别测量与脑的多 处测量部位有关的氧合血红蛋白的浓度与光路长度的积[oxyH b]、脱氧血红蛋白的浓度与光路长度的积[deoxyHb]以及总血红 蛋白的浓度与光路长度的积([oxyHb]+[deoxyHb]),例如使用了 近红外光谱仪等(例如,参照专利文献1)。
图13是表示以往的近红外光谱仪的概要结构的一例的框 图。另外,图14是表示图13所示的近红外光谱仪的外观的一例 的立体图。此外,为了便于查看,省略了几根送光用光纤、几 根受光用光纤等。
近红外光谱仪101具有长方体形状(例如,70cm×100cm×12 0cm)的壳体11。
在壳体11的内部具备射出光的光源驱动器(发光部)2、检测 光的光检测器3、A/D 5、送受光用控制部21、分析用控制部22 以及存储器23,并且在壳体11的外部具备16个送光探针(送光单 元)12、16个受光探针(受光单元)13、16根送光用光纤14、16根 受光用光纤15、具有监视器画面26a等的显示装置26以及键盘 (输入装置)27。
光源驱动器2是根据从送受光用控制部21输入的驱动信号 分别将光发送到各送光探针12的光源,例如,是能够射出3种不 同的波长λ 1 、λ 2 、λ 3 的近红外光的半导体激光器LD 1、LD2、L D3等。
光检测器3是通过分别检测由各受光探针13接收到的近红 外光而将16个受光信号(受光量信息)A(λ 1 )、A(λ 2 )、A(λ 3 )经由A /D5输出到送受光用控制部21的检测器,例如是光电倍增管 等。
送光用光纤14和受光用光纤15是直径为2mm、长度为2m~1 0m的管状,能够沿轴向传播近红外光,从一端部入射的近红外 光通过内部从另一端部射出,或者从另一端部入射的近红外光 通过内部从一端部射出。
一根送光用光纤14以使一个送光用探针12与光源驱动器2 的一个半导体激光器LD1、LD2、LD3距离设定长度(2m~10m) 的方式连接于两个端部。
一根受光用光纤15以使一个受光用探针13与光检测器3的 一个光电倍增管距离设定长度(2m~10m)的方式连接于两个端 部。
在这种近红外光谱仪101中,为了使16个送光探针12和16 个受光探针13以规定的排列与被检者的头部表面相接触,使用 支架130。图15是表示被插入16个送光探针和16个受光探针的支 架130的一例的俯视图。
将送光探针12 T1 ~12 T16 和受光探针13 R1 ~13 R16 交替地配置为 纵向4个、横向8个。由此,送光探针12和受光探针13的探针间 隔固定,获得离头部表面特定深度的受光量信息A(λ 1 )、A(λ 2 )、 A(λ 3 )。此外,探针间隔被称为通道,一般将通道设为30mm来 进行使用,在通道为30mm的情况下,认为能够获得离通道的中 点深度为15mm~20mm的受光量信息A(λ 1 )、A(λ 2 )、A(λ 3 )。即, 离头部表面深度为15mm~20mm的位置大致对应于脑表部位, 获得与脑活动有关的受光量信息A(λ 1 )、A(λ 2 )、A(λ 3 )。
此外,为了识别对支架130的哪个贯通孔插入了哪个送光探 针12 T1 ~12T 16 或受光探针13 R1 ~13 R16 ,对各贯通孔分别分配不同 的编号(T1、T2、…、R1、R2、…),并且对各送光探针12 T1 ~1 2 T16 也分别分配不同的编号(T1、T2、…),对各受光探针13 R1 ~1 3 R16 也分别分配不同的编号(R1、R2、…)。由此,各送光探针1 2 T1 ~12 T16 和各受光探针13 R1 ~13 R16 被分别插入到对应的编号的 各贯通孔中。
另外,被检者的头部表面的曲率根据男女差异、年龄差异、 个人差异而不同,因此,使用了如下的支架130(例如参考专利 文献2)作为即使头部表面存在曲率差异也能够容易地应对的支 架:将保持送光探针12 T1 ~12 T16 和受光探针13 R1 ~13 R16 的保持部 网格状地配置在头部表面,并且利用表现为可挠性的连接部将 保持部相互连接,并且连接部在规定的角度内以保持部为旋转 轴具有旋转可变性。
并且,在这样的16个送光探针12 T1 ~12 T16 与16个受光探针1 3 R1 ~13 R16 的位置关系中,需要调整从送光探针12照射光的时刻 和利用受光探针13接收光的时刻,使得不利用一个受光探针13 同时接收从多个送光探针12照射出的光,而利用一个受光探针1 3仅接收从一个送光探针12照射出的光。因此,在存储器23中存 储有控制表,该控制表表示利用光源驱动器2射出光的时刻和利 用光检测器3检测光的时刻。
在存储器23中存储有这种控制表的送受光用控制部21在规 定时间内将用于对一个送光探针12发送光的驱动信号输出至 光源驱动器2,并且利用光检测器3对由受光探针13接收到的受 光信号(受光量信息)进行检测。
其结果是,如图15所示那样进行俯视时,总共收集52个(S 1~S52)受光量信息A(λ 1 )、A(λ 2 )、A(λ 3 )。
然后,分析用控制部22基于总计52个受光量信息A(λ 1 )、A (λ 2 )、A(λ 3 ),使用关系式(1)、(2)、(3),根据各波长(氧合血红 蛋白的吸收波长和脱氧血红蛋白的吸收波长)的通过光强度,求 出氧合血红蛋白的浓度与光路长度的积[oxyHb]、脱氧血红蛋白 的浓度与光路长度的积[de oxyHb]以及总血红蛋白的浓度与光 路长度的积([oxyHb]+[deoxyHb])。
专利文献1:日本特开2001-337033号公报
专利文献2:日本特开2002-143169号公报
非专利文献1:Factors affecting the accuracy of near-inf rared spectros copy concentration calculations for focal chan  ges in oxygenation parameters,Neurolmage 18,865-879,20 03
发明内容
发明要解决的问题
另外,在如上所述的近红外光谱仪101中,当想要测量被检 者进行康复等运动时的被检者的脑内各部的血流随时间的变化 时,大小为70cm×100cm×120cm的壳体11被固定在室内的某处, 因此送光探针12 T1 ~12 T16 、受光探针13 R1 ~13 R16 有时会从支架13 0的贯通孔脱离。也就是说,在被检者进行剧烈活动时,不能够 进行测量。
另外,虽然被检者进行康复等运动的时间为1个小时左右, 但是医生等将支架130安装到被检者的头部、并且将送光探针1 2 T1 ~12 T16 、受光探针13 R1 ~13 R16 安装到支架130的贯通孔内的时 间也花费了大约1个小时。也就是说,相对于被检者进行康复等 运动的时间,将支架130、送光探针12 T1 ~12 T16 、受光探针13 R1 ~ 13 R16 安装到被检者的头部的准备时间非常长。
并且,还存在被检者每天都进行康复等运动的情况,在这 种情况下,还存在被检者进行康复等运动的地点是被检者的家 等的情况,从配置空间、成本等方面考虑,几乎不可能将近红 外光谱仪101配置在各家庭中。
另外,家属等将支架130、送光探针12 T1 ~12 T16 、受光探针1 3 R1 ~13 R16 安装到被检者的头部相当花费功夫,被检者一个人不 能将支架130、送光探针12 T1 ~12 T16 、受光探针13 R1 ~13 R16 安装到 自己的头部。
用于解决问题的方案
本案的发明者们为了解决上述问题,针对在被检者剧烈活 动时也能够进行测量的光测量装置进行了研究。因此,获知以 下内容:在精密地测量(诊断)被检者的脑内各部的血流随时间 的变化的情况下,需要具备多个送光探针和多个受光探针的光 测量装置,但在测量被检者进行康复等运动时的被检者的脑内 各部的血流随时间的变化的情况下,只要测量用于进行该运动 的特定部分的脑内各部的血流随时间的变化就足够了,因此能 够使用具备少量的送光探针和少量的受光探针的光测量装置。 其结果是,发现了将主光测量装置和便携式光测量装置这两种 光测量装置分开使用的方法,其中,该主光测量装置具备大量 的送光探针、大量的受光探针以及壳体(例如,70cm×100cm×1 20cm),该便携式光测量装置具备少量的送光探针、少量的受 光探针以及壳体(例如,10cm×10cm×5cm)。由此,关于便携式 光测量装置,由于探针数量少,因此能够缩小壳体的大小,因 此被检者能够携带便携式光测量装置,其结果是,即使在被检 者剧烈活动时也能够进行测量。
并且,还存在被检者进行康复等运动的地点是被检者的家 等的情况,因此针对被检者一个人也能够将支架、送光探针、 受光探针安装在自己的头部的便携式光测量装置进行了研究。 一般地,关于如上所述的用于近红外光谱仪的支架,为了即使 在头部表面的曲率存在差异的情况下也能够容易地应对,连接 部表现为可挠性、或者连接部在规定的角度内以保持部为旋转 轴具有旋转可变性,因此该支架能够变形。由此,由于支架本 身发生变形,因此被检者一个人难以将支架、送光探针、受光 探针安装到自己的头部。因此,发现如下方法:使便携式光测 量装置所使用的支架仅能用于进行测量的被检者本人,但为了 使支架不变形而仅适合被检者的头部的形状,从不变形的各种 的支架选择特定的支架、或者制作被检者本人专用的支架。并 且,还发现了如下方法:为了能够可靠地测量被检者的特定部 分的脑内各部的血流随时间的变化,根据利用主光测量装置进 行诊断时所获得的测量数据,从各种支架中选择特定的支架, 或者制作被检者本人专用的支架。由此,被检者一个人也能够 将支架、送光探针、受光探针安装到自己的头部,且安装的准 备时间也非常短。
即,本发明的光测量系统是一种具备主光测量装置和便携 式光测量装置的光测量系统,上述主光测量装置具备:第一壳 体;A个第一送光单元,其对被检者照射光;B个第一受光单元, 其接收从上述被检者发出的光;显示装置;第一支架,其被安 装在上述被检者的头部,至少设置了有(A+B)个贯通孔;以及 控制部,其被配置在上述第一壳体的内部,通过控制上述第一 送光单元和上述第一受光单元来获得与脑活动有关的测量数 据,使显示装置显示该测量数据,上述便携式光测量装置具备: 第二壳体,其能够由上述被检者携带;C个第二送光单元,其 对被检者照射光;D个第二受光单元,其接收从上述被检者发 出的光;第二支架,其被安装在上述被检者的头部,至少设置 有(C+D)个贯通孔;控制部,其被配置在上述第二壳体的内部, 通过控制上述第二送光单元和上述第二受光单元来获得与脑活 动有关的测量数据;以及通信部,其能够与上述主光测量装置 进行通信,其中,满足(C+D)<(A+B),上述便携式光测量装置 的通信部向主光测量装置发送通过上述便携式光测量装置的控 制部获得的测量数据。
在此,“能够携带”是指被检者能够携带,例如,放入口袋 中、像背包一样地背着,或者放入腰包。因此,第二壳体的大 小优选为10cm3以上20cm3以下。
另外,“通信部”只要能够向主光测量装置发送由便携式光 测量装置的控制部获得的测量数据即可,例如可以通过无线、 有线实时地进行通信、或者使用便携式存储器等将数据从便携 式光测量装置传送到主光测量装置。
发明的效果
如上所述,根据本发明的光测量系统,关于便携式光测量 装置,(C+D)小于(A+B),不需要还具备显示装置,因此能够缩 小第二壳体的大小,因此被检者能够携带,其结果是,在被检 者剧烈活动时也能够进行测量。
(用于解决其它问题的手段以及效果)
另外,本发明的光测量系统可以根据通过上述主光测量装 置的控制部获得的测量数据,来选择或者制作上述便携式光测 量装置所使用的第二支架。
根据本发明的光测量系统,能够选择或制作如下的第二支 架:虽然第二支架仅设置有(C+D)个贯通孔,但能够可靠地测 量被检者的特定部分的脑内各部的血流随时间的变化。由此, 被检者一个人也能够将第二支架、第二送光单元、第二受光单 元安装到自己的头部,安装的准备时间也非常短。由此,能够 容易地测量被检者进行康复等运动时的被检者脑内各部的血流 随时间的变化。
另外,在本发明的光测量系统中,通过上述便携式光测量 装置的控制部获得的测量数据可以是上述被检者进行运动时的 数据,通过上述主光测量装置的控制部获得的数据可以是上述 被检者静止时的数据。
根据本发明的光测量系统,在精密地测量(诊断)被检者的 脑内各部的血流随时间的变化的情况下,能够使用主光测量装 置,另一方面,在测量被检者进行康复等运动时的被检者的脑 内各部的血流随时间的变化的情况下,能够使用便携式光测量 装置。
另外,也可以本发明的光测量系统还具备分析装置,该分 析装置具备显示装置和使显示装置显示上述测量数据的控制 部,上述便携式光测量装置具备能够与上述分析装置进行通信 的通信部,上述便携式光测量装置的通信部向分析装置发送通 过上述便携式光测量装置的控制部获得的测量数据。
根据本发明的光测量系统,即使在不存在主光测量装置的 地点,只要存在分析装置就能够使用便携式光测量装置。由此, 即使被检者进行康复等运动的地点是被检者的家等,也能够进 行测量。
并且,本发明是用于如上所述的光测量系统的便携式光测 量装置,具备:控制部,其获得与脑活动有关的测量数据;通 信部,其能够与上述主光测量装置进行通信,上述通信部向主 光测量装置发送通过上述便携式光测量装置的控制部获得的测 量数据。
并且,在本发明的便携式光测量装置中,上述通信部也可 以向主光测量装置发送上述被检者进行运动时的测量数据。
并且,本发明是用于如上所述的光测量系统的康复计划方 法,包括以下步骤:主光测量装置使用步骤,通过主光测量装 置的控制部获得被检者静止时的测量数据;诊断步骤,对通过 上述主光测量装置使用步骤获得的测量数据进行观察并进行诊 断;便携式光测量装置使用步骤,通过便携式光测量装置的控 制部获得被检者进行运动时的测量数据;以及判断步骤,对通 过上述便携式光测量装置使用步骤获得的测量数据进行观察, 来判断执行主光测量装置使用步骤或便携式光测量装置使用步 骤中的哪一个。
附图说明
图1是表示作为本发明的一个实施方式的光测量系统的概 要结构的一例的框图。
图2是表示图1所示的主光测量装置的概要结构的详细框 图。
图3是表示图1所示的便携式光测量装置的概要结构的详细 框图。
图4是表示便携式光测量装置的外观的一例的立体图。
图5是表示被插入64个送光探针和64个受光探针的第一支 架的一例的俯视图。
图6是表示被插入4个送光探针和4个受光探针的第二支架 的一例的俯视图。
图7是表示送光探针、螺母部件、两个连接部件以及插口部 件的分解立体图。
图8是表示组装后的送光探针、螺母部件、两个连接部件以 及插口部件的图。
图9是用于说明光测量系统的第二支架的选择方法的一例 的流程图。
图10是用于说明光测量系统的检查方法的一例的流程图。
图11是用于说明光测量系统的检查方法的一例的流程图。
图12是表示一对送光探针和受光探针与测量部位的关系的 图。
图13是表示以往的近红外光谱仪的概要结构的一例的框 图。
图14是表示图13所示的近红外光谱仪的外观的一例的立体 图。
图15是表示被插入16个送光探针和16个受光探针的支架的 一例的俯视图。
图16是表示作为本发明的一个实施方式的光测量系统的概 要结构的另一例的框图。
图17是用于说明光测量系统的检查方法的一例的流程图。
图18是用于说明光测量系统的检查方法的一例的流程图。
具体实施方式
以下,使用附图说明本发明的实施方式。此外,本发明并 不限于以下所说明那样的实施方式,当然在不脱离本发明主旨 的范围内可包含各种方式。
<第一实施方式>
图1是表示作为本发明的一个实施方式的光测量系统的概 要结构的框图。此外,图2是表示图1所示的主光测量装置的概 要结构的详细框图,图3是表示图1所示的便携式光测量装置的 概要结构的详细框图。另外,图4是表示便携式光测量装置的外 观的一例的立体图。
并且,图5是表示被插入64个送光探针和64个受光探针的第 一支架的一例的俯视图,图6是表示被插入4个送光探针和4个受 光探针的第二支架的一例的俯视图。
光测量系统1具备一台具有第一支架30的主光测量装置10 和一台具有第二支架60的便携式光测量装置40。此外,对与近 红外光谱仪101相同的部分附加相同的附图标记。
在第一实施方式中,主光测量装置10和便携式光测量装置4 0被配置在医院中。
首先,说明第一支架30。图7是表示送光探针12、螺母部件 32、两个连接部件31以及插口部件33的分解立体图,图8是表示 组装后的送光探针12、螺母部件32、两个连接部件31以及插口 部件33的图。
第一支架30具备:将送光探针12、受光探针13进行固定的1 28个插口部件33、232个连接部件31以及128个螺母部件32。
连接部件31是“一”字形的板状体。并且,连接部件31具 有两端为圆环形状的插入部31a和以通道长度X将两端的插入 部31a相连接的连接部31b。在各插入部31a的中央分别开设有用 于插入插口部件33的圆形的贯通孔。另外,连接部31b的宽度为 10mm、厚度为0.1mm,并且形成为贯通孔的中心与贯通孔的中 心之间的距离为通道长度为30mm,仅厚度方向上具有可挠性。 也就是说,总是以通道长度X来保持两端的插入部31a。
插口部件33具有圆筒形状的主体部33a、圆环形状的钳部3 3b以及圆环形状的底部33c,插口部件33的内侧能够插入送光探 针12、受光探针13,并且在主体部33a的外周面形成有与螺母部 件32螺纹结合的螺纹。
螺母部件32为具有圆形的贯通孔的圆环形状,在其内周面 形成有与插口部件33的主体部33a螺纹结合的凹型螺纹。此外, 从上方看,贯通孔的大小大于插口部件33的主体部33a的大小, 小于插口部件33的钳部33b的大小。
由此,通过使用螺纹机构将插口部件33的主体部33a插入到 螺母部件32的内侧,能够将连接部件31的插入部31a夹在插口部 件33的钳部33b与螺母部件32之间而固定。此时,当固定一个连 接部件31时,将一个连接部件31的插入部31a夹在插口部件33 的钳部33b与螺母部件32之间。另一方面,当固定4个连接部件3 1时,将4个连接部件31的插入部31a夹在插口部件33的钳部33b 与螺母部件32之间。即,形成能够固定任意数量的连接部件31。
并且,例如,使用128个插口部件33、232个连接部件31以 及128个螺母部件32来制作图5所示的第一支架30。根据这种第 一支架30,为了紧贴头部表面地进行安装,如图8的(a)所示, 将一个连接部件31与其它连接部件31固定为从上方看以插口部 件33为轴形成期望角度,并且,如图8的(b)所示,连接部件31 的连接部31b具有可挠性,因此能够变形为具有与头部表面相匹 配的曲率的面。此时,在被施加了变形的状态下,如果以一个 连接部件31与其它连接部件31之间的角度形成的角度被固定, 则结果为能够保持该曲率。
此外,当进行测量时,各送光探针12 T1 ~12 T64 和各受光探针 13 R1 ~13 R64 分别被插入到对应编号的插口部件33的内侧。
主光测量装置10具有长方体形状(例如,70cm×100cm×120 cm)的第一壳体11。
在第一壳体11的内部具备射出光的光源驱动器(第一发光 部)2、检测光的光检测器(第一光检测部)3、A/D 5、与便携式 光测量装置40的送受光用控制部51进行无线通信的无线装置 (通信部)6、送受光用控制部21、分析用控制部22以及存储器23, 并且在第一壳体11的外部具备64(A)个送光探针(第一送光单元) 12 T1 ~12 T64 、64(B)个受光探针(第一受光单元)13 R1 ~13 R64 、64(A) 根送光用光纤14、64(B)根受光用光纤15、具有监视器画面26a 等的显示装置26以及键盘(输入装置)27。
由此,主光测量装置10具备64个送光探针12 T1 ~12 T64 和64 个受光探针13 R1 ~13 R64 ,因此能够精密地测量(诊断)被检者的脑 内各部的血流随时间的变化。
送光探针12 T1 ~12 T64 为了与插口部件33进行固定,设为上端 部稍大的细长圆柱形状。并且,送光探针12 T1 ~12 T64 的上端部经 由送光用光纤14与光源驱动器2相连接,从下端部照射光。
受光探针13 R1 ~13 R64 也设为与送光探针12 T1 ~12 T64 相同的上 端部稍大的细长圆柱形状。并且,受光探针13 R1 ~13 R64 的上端部 经由受光用光纤15与光检测器3相连接,利用其下端部来接收 光。
如果将送受光用控制部21进行处理的功能分块地说明,则 具有:发光控制部21a,其对光源驱动器2输出驱动信号;光检 测控制部21b,其通过接收来自光检测器3的受光信号而使受光 信号(受光量信息)A(λ 1 )、A(λ 2 )、A(λ 3 )存储到存储器23中;以及 通信控制部21c,其控制无线装置6。
当从键盘27接收到开始信号“诊断”时,发光控制部21a 进行如下控制:根据存储器23中存储的控制表,对光源驱动器2 输出用于对送光探针12 T1 ~12 T64 发送光的驱动信号。
当从键盘27接收到开始信号“诊断”时,光检测控制部21 b进行如下控制:根据存储器23中存储的控制表,将来自光检测 器3的受光量信息A(λ 1 )、A(λ 2 )、A(λ 3 )存储到存储器23。
当从键盘27接收到开始信号“康复”时,通信控制部21c 进行如下控制:经由无线装置6接收通过后述便携式光测量装置 40的送受光用控制部51获得的受光量信息A(λ 1 )、A(λ 2 )、A(λ 3 ), 并将受光量信息A(λ 1 )、A(λ 2 )、A(λ 3 )存储到存储器23。
如果将分析用控制部22进行处理的功能分块地说明,则具 有运算部22a、获得被检者的脑图像数据的脑图像数据获取部2 2b以及脑活动图像显示控制部22c。
脑图像数据获取部22b进行获得被检者的脑图像数据并将 其存储到存储器23的控制。例如,在进行测量前,通过利用核 磁共振图像诊断装置(以下,省略为MRI)等对被检者进行拍摄, 来预先制作脑图像数据。然后,将脑图像数据从MRI存储到存 储器23。
运算部22a进行如下控制:基于存储器23中存储的受光量信 息A(λ 1 )、A(λ 2 )、A(λ 3 ),利用关系式(1)、(2)、(3),根据各波长 (氧合血红蛋白的吸收波长以及脱氧血红蛋白的吸收波长)的通 过光强度,求出氧合血红蛋白的浓度与光路长度的积[oxyHb]、 脱氧血红蛋白的浓度与光路长度的积[deoxyHb]以及总血红蛋 白的浓度与光路长度的积([oxyHb]+[deoxyHb])。
脑活动图像显示控制部24c控制监视器画面26a进行信息表 示。例如将脑平面中的氧合血红蛋白的浓度与光路长度的积[o xyHb]、脱氧血红蛋白的浓度与光路长度的积[deoxyHb]以及总 血红蛋白的浓度与光路长度的积([oxyHb]+[deoxyHb])的等高 线曲线显示在脑图像数据上。此时,当显示通过送受光控制部2 1获得的测量数据时,在整个脑平面上显示等高线曲线,另一方 面,当显示通过送受光用控制部51获得的测量数据时,在脑的 一部分上显示等高线曲线。
第二支架60为梳子形状的板状体,将规定宽度(例如,10m m)的直线状的4根分支部61隔开间隔(例如,30mm)地平行排列, 并且设置有将这些分支部61的单侧端相互连接的直线状的一根 主干部62。
然后,在各分支部61的前端部形成圆环形状的贯通孔,并 且在与该贯通孔相距通道长度X(例如,30mm)的主干部62的位 置处形成有圆环形状的贯通孔。此时,形成在主干部62的贯通 孔之间也相距通道长度X(例如,30mm)。
这种第二支架60被制作成仅由进行测量的被检者本人使 用,能够由被检者一个人安装到自己的头部。
此外,在进行测量时,便携式光测量装置40的各送光探针1 2 T1 ~12 T4 和各受光探针13 R1 ~13 R4 分别被插入到对应编号的贯通 孔的内侧。
便携式光测量装置40具有长方体形状(例如,10cm×10cm× 5cm)的第二壳体41。由此,被检者能够将便携式光测量装置40 放入口袋等进行携带。
在第二壳体41的内部,具备射出光的光源驱动器(第二发光 部)42、检测光的光检测器(第二光检测部)43、A/D 45、与主光 测量装置10的送受光用控制部21进行无线通信的无线装置(通 信部)46、送受光用控制部51以及存储器53,并且在第二壳体4 1的外部,具备4(C)个送光探针(第二送光单元)12 T1 ~12 T4 、4(D) 个受光探针(第二受光单元)13 R1 ~13 R4 、4(C)根送光用光纤14、4 (D)根受光用光纤15、以及用于接通/切断便携式光测量装置40 的电源的开关(输入装置)57。
光源驱动器42是根据从送受光用控制部51输入的驱动信号 将光分别发送到各送光探针12 T1 ~12 T4 的光源,例如是能够射出 3种不同的波长λ 1 、λ 2 、λ 3 的近红外光的发光二极管LED1、LED 2、LED3等。由此,由于是发光二极管LED1、LED2、LED3, 因此能够缩小第二壳体41。
光检测器43是通过分别检测由各受光探针13 R1 ~13 R4 接收 到的近红外光而经由A/D 45将4个受光信号(受光量信息)A(λ- 1 )、A(λ 2 )、A(λ 3 )输出到送受光用控制部51的检测器,例如是光 电二极管等。由此,由于是光电二极管,因此能够缩小第二壳 体41。
如果将送受光用控制部51进行处理的功能分块地说明,则 具有:发光控制部51a,其向光源驱动器42输出驱动信号;以及 光检测控制部51b,其通过接收来自光检测器43的受光信号,将 受光信号(受光量信息)A(λ 1 )、A(λ 2 )、A(λ 3 )经由无线装置46进行 发送。
当从开关57接收到开始信号时,发光控制部51a进行如下控 制:根据存储器53中存储的控制表,对光源驱动器42输出用于 将光发送至送光探针12 T1 ~12 T4 的驱动信号。
当从开关57接收到开始信号时,光检测控制部51b进行如下 控制:根据存储器53中存储的控制表,将来自光检测器43的受 光量信息A(λ 1 )、A(λ 2 )、A(λ 3 )经由无线装置46进行发送。
接着,说明通过光测量系统1选择或者制作仅由进行测量的 被检者本人使用的第二支架60的选择方法。在光测量系统1中, 虽然第二支架60仅设置了8个贯通孔,但以能够可靠地测量被检 者的特定部分的脑内各部的血流随时间的变化的方式选择或制 作第二支架60。
图9是用于说明光测量系统1的第二支架60的选择方法的一 例的流程图。
首先,在步骤S101的处理中,医生等利用MRI对被检者的 脑图像数据进行拍摄,脑图像数据获取部22b从MRI获取被检者 的脑图像数据并存储到存储器23中。
接着,在步骤S102的处理中,医生等在被检者的头部表面 配置第一支架30、送光探针12 T1 ~12 T64 以及受光探针13 R1 ~13 R64 。 此时,花费1个小时左右的时间。
接着,在步骤S 103的处理中,医生等通过键盘27输入开始 信号“诊断”,送受光用控制部21向光源驱动器2输出驱动信号, 并且接收来自光检测器3的受光信号,由此将受光信号(受光量 信息)A(λ 1 )、A(λ 2 )、A(λ 3 )存储到存储器23中(主光测量装置使用 步骤)。也就是说,将232处受光量信息A(λ 1 )、A(λ 2 )、A(λ 3 )存 储到存储器23中。
接着,在步骤S104的处理中,运算部22a基于被存储到存储 器23的受光量信息A(λ 1 )、A(λ 2 )、A(λ 3 ),利用关系式(1)、(2)、 (3),根据各波长的通过光强度,求出氧合血红蛋白的浓度与光 路长度的积[oxyHb]、脱氧血红蛋白的浓度与光路长度的积[deo  xyHb]以及总血红蛋白的浓度与光路长度的积([oxyHb]+[deoxy  Hb])。
接着,在步骤S105的处理中,脑活动图像显示控制部22c 在监视器画面26a中进行信息的显示。此时,在整个脑平面上显 示等高线曲线。
接着,在步骤S106的处理中,医生等一边观察监视器画面 26a中显示的信息,一边决定测量方针(诊断步骤),该测量方针 表示被检者进行康复等运动时要测量的被检者的脑内各部中的 特定部分、支架的形状、探针位置、所使用的探针数量以及康 复期等。
接着,在步骤S107的处理中,选择或者制作第二支架60的 设计者等根据由医生等决定的测量方针,从各种支架中选择第 二支架60、或者新制作第二支架60。
最后,在结束了步骤S107的处理的情况下,结束本流程。
接着,说明通过光测量系统1对被检者进行康复等运动时的 被检者的脑内各部的血流随时间的变化进行测量的检查方法。 图10是用于主要说明在被检者(患者)一边去医院一边进行康复 的情况下,光测量系统1的检查方法的一例的流程图。
首先,在步骤S201的处理中,被检者在被检者自身的头部 表面配置第二支架60、送光探针12 T1 ~12 T4 以及受光探针13 R1 ~1 3 R4 。此时,即使是被检者一个人也能够将第二支架60、送光探 针12 T1 ~12 T4 以及受光探针13 R1 ~13 R4 安装到自己的头部,安装的 准备时间(例如,5分钟)也非常短。
接着,在步骤S202的处理中,被检者通过键盘27输入开始 信号“康复”。也就是说,将主光测量装置10的电源接通。
接着,在步骤S203的处理中,被检者通过开关57输入开始 信号,送受光用控制部51向光源驱动器42输出驱动信号,并且 通过接收来自光检测器43的受光信号而经由无线装置46发送受 光信号(受光量信息)A(λ 1 )、A(λ 2 )、A(λ 3 )(便携式光测量装置使 用步骤)。此时,被检者进行康复等运动。并且,发送10处受光 量信息A(λ 1 )、A(λ 2 )、A(λ 3 )。
接着,在步骤S204的处理中,通信控制部21c经由无线装置 46接收受光量信息A(λ 1 )、A(λ 2 )、A(λ 3 ),并将受光量信息A(λ 1 )、 A(λ 2 )、A(λ 3 )存储到存储器23。也就是说,10处受光量信息A(λ 1 )、 A(λ 2 )、A(λ 3 )被存储到存储器23中。
接着,在步骤S205的处理中,运算部22a基于被存储到存储 器23的受光量信息A(λ 1 )、A(λ 2 )、A(λ 3 ),利用关系式(1)、(2)、 (3),根据各波长的通过光强度,求出氧合血红蛋白的浓度与光 路长度的积[oxyHb]、脱氧血红蛋白的浓度与光路长度的积[deo  xyHb]以及总血红蛋白的浓度与光路长度的积([oxyHb]+[deoxy  Hb])。
接着,在步骤S206的处理中,脑活动图像显示控制部22c 在监视器画面26a中进行信息的显示。此时,在脑的一部分上显 示等高线曲线。
接着,在步骤S207的处理中,医生和被检者观察监视器画 面26a中显示的信息。此时,医生能够改变测量方针或者决定不 改变测量方针,另一方面,被检者能够确认康复是否正在顺利 地进行。也就是说,通过被检者也进行观察来激励其进行康复。
接着,在步骤S208的处理中,被检者从被检者自身的头部 表面卸除第二支架60、送光探针12 T1 ~12 T4 以及受光探针13 R1 ~1 3 R4
接着,在步骤S209的处理中,医生根据测量方针,判断是 否为诊断时期(判断步骤)。当判断为不是诊断时期时,返回至 步骤S201的处理。也就是说,当下次进行康复治疗时(例如第二 天)反复进行从步骤S201至步骤S209的处理,但能够以短的准备 时间进行从步骤S201至步骤S209的处理。另一方面,当判断为 是诊断时期时,在步骤S210的处理中,医生等在被检者的头部 表面配置第一支架30、送光探针12 T1 ~12 T64 以及受光探针13 R1 ~1 3 R64 。此时,花费1个小时左右的时间。
接着,在步骤S211的处理中,医生等通过键盘27输入开始 信号“诊断”,送受光用控制部21向光源驱动器2输出驱动信号, 并且接收来自光检测器3的受光信号,由此将受光信号(受光量 信息)A(λ 1 )、A(λ 2 )、A(λ 3 )存储到存储器23中(主光测量装置使用 步骤)。也就是说,232处受光量信息A(λ 1 )、A(λ 2 )、A(λ 3 )被存 储到存储器23中。
接着,在步骤S212的处理中,运算部22a基于被存储到存储 器23的受光量信息A(λ 1 )、A(λ 2 )、A(λ 3 ),利用关系式(1)、(2)、 (3),根据各波长的通过光强度,求出氧合血红蛋白的浓度与光 路长度的积[oxyHb]、脱氧血红蛋白的浓度与光路长度的积[deo  xyHb]以及总血红蛋白的浓度与光路长度的积([oxyHb]+[deoxy  Hb])。
接着,在步骤S213的处理中,脑活动图像显示控制部22c 在监视器画面26a中进行信息显示。此时,在整个脑平面上显示 等高线曲线。
接着,在步骤S214的处理中,医生等一边观察监视器画面 26a中显示的信息,一边判断是还要使被检者进行康复、还是不 再进行康复(诊断步骤)。此时,医生能够改变测量方针或者决 定不改变测量方针。其结果是,当判断为还要进行康复时,返 回至步骤S201的处理。也就是说,反复进行从步骤S201至步骤 S209的处理,但能够以短的准备时间进行从步骤S201至步骤S2 09的处理。
另一方面,当判断为不再进行康复时,结束本流程。
如上所述,根据本发明的光测量系统1,便携式光测量装置 40具备4个送光探针12 T1 ~12 T4 和4个受光探针13 R1 ~13 R4 ,不需要 具备显示装置,因此能够缩小第二壳体41的大小,因此被检者 能够进行携带,其结果是,即使被检者进行剧烈活动时也能够 进行测量。
另外,即使是被检者一个人也能够将第二支架60、送光探 针12 T1 ~12 T4 以及受光探针13 R1 ~13 R4 安装到自己的头部,安装的 准备时间也非常短。由此,能够容易地测量被检者进行康复等 运动时的被检者的脑内各部的血流随时间的变化。
并且,根据本发明的光测量系统1,第二支架60仅设置了8 个贯通孔,但能够选择或制作能够可靠地测量被检者的特定部 分的脑内各部的血流随时间的变化的第二支架60。
<第二实施方式>
图16是表示作为本发明的一个实施方式的光测量系统的概 要结构的框图。此外,对与光测量系统1相同的部分附加相同的 附图标记。
光测量系统90具备一台具有第一支架30的主光测量装置1 0、一台具有第二支架60的便携式光测量装置40以及一台分析装 置80。
在第二实施方式中,主光测量装置10被配置在医院,另一 方面,便携式光测量装置40和分析装置80被配置在被检者的家 中。并且,主光测量装置10和分析装置80能够通过因特网88等 进行通信。
分析装置80是具有长方体形状(例如,50cm×50cm×50cm) 的第三壳体81。
在第三壳体81的内部具备:与便携式光测量装置40的送受 光用控制部51进行无线通信的无线装置(通信部)85、分析用控 制部82以及存储器83,并且在第三壳体81的外部具备:具有监 视器画面86a等的显示装置86和键盘(输入装置)87。
如果将分析用控制部82进行处理的功能分块地说明,则具 有:运算部82a、脑活动图像显示控制部82c以及控制无线装置8 5的通信控制部82b。
当从键盘87接收到开始信号“康复”时,通信控制部82b 进行如下控制:经由无线装置85接收通过便携式光测量装置40 的送受光用控制部51获得的受光量信息A(λ 1 )、A(λ 2 )、A(λ 3 ), 并将受光量信息A(λ 1 )、A(λ 2 )、A(λ 3 )存储到存储器83。
运算部82a进行如下控制:基于被存储到存储器83的受光量 信息A(λ 1 )、A(λ 2 )、A(λ 3 ),利用关系式(1)、(2)、(3),根据各波 长(氧合血红蛋白的吸收波长和脱氧血红蛋白的吸收波长)的通 过光强度,求出氧合血红蛋白的浓度与光路长度的积[oxyHb]、 脱氧血红蛋白的浓度与光路长度的积[deoxyHb]以及总血红蛋 白的浓度与光路长度的积([oxyHb]+[deoxyHb])。
脑活动图像显示控制部82c控制监视器画面86a进行信息显 示。例如,对脑平面的氧合血红蛋白的浓度与光路长度的积[o  xyHb]、脱氧血红蛋白的浓度与光路长度的积[deoxyHb]以及总 血红蛋白的浓度与光路长度的积([oxyHb]+[deoxyHb])的等高 线曲线进行显示。此时,显示脑的一部分的等高线曲线。
接着,说明被检者(患者)主要在自己家里等医院外进行康 复时,利用光测量系统90对被检者进行康复等运动时的被检者 的脑内各部的血流随时间的变化进行测量的检查方法。图17是 用于说明光测量系统90的检查方法的一例的流程图。
首先,在步骤S301的处理中,被检者在被检者自身的头部 表面配置第二支架60、送光探针12 T1 ~12 T4 以及受光探针13 R1 ~1 3 R4 。此时,被检者一个人也能够将第二支架60、送光探针12 T1 ~12 T4 以及受光探针13 R1 ~13 R4 安装在自己的头部,安装的准备时 间(例如,5分钟)也非常短。
接着,在步骤S302的处理中,被检者利用键盘87输入开始 信号“康复”。也就是说,接通分析装置80的电源。
接着,在步骤S303的处理中,被检者通过开关57输入开始 信号,送受光用控制部51向光源驱动器42输出驱动信号,并且 通过接收来自光检测器43的受光信号,而将受光信号(受光量信 息)A(λ 1 )、A(λ 2 )、A(λ 3 )经由无线装置46进行发送(便携式光测量 装置使用步骤)。此时,被检者进行康复等运动。然后,发送1 0处受光量信息A(λ 1 )、A(λ 2 )、A(λ 3 )。
接着,在步骤S304的处理中,通信控制部82b经由无线装 置85接收受光量信息A(λ 1 )、A(λ 2 )、A(λ 3 )并将受光量信息A(λ 1 )、 A(λ 2 )、A(λ 3 )存储到存储器83中。也就是说,10处受光量信息A (λ 1 )、A(λ 2 )、A(λ 3 )被存储到存储器83中。
接着,在步骤S305的处理中,运算部82a基于被存储到存储 器83的受光量信息A(λ 1 )、A(λ 2 )、A(λ 3 ),利用关系式(1)、(2)、 (3),根据各波长的通过光强度,求出氧合血红蛋白的浓度与光 路长度的积[oxyHb]、脱氧血红蛋白的浓度与光路长度的积[deo  xyHb]以及总血红蛋白的浓度与光路长度的积([oxyHb]+[deoxy  Hb])。
接着,在步骤S306的处理中,脑活动图像显示控制部82c 在监视器画面86a中进行信息显示。此时,显示脑的一部分的等 高线曲线。
接着,在步骤S307的处理中,被检者观察监视器画面86a 中显示的信息。此时,被检者能够确认康复是否正顺利地进行。 此外,主光测量装置10和分析装置80能够通过因特网88等进行 通信,因此也可以通过进行通信来请医院里的医生进行观察。
接着,在步骤S308的处理中,被检者从被检者自身的头部 表面卸除第二支架60、送光探针12 T1 ~12 T4 以及受光探针13 R1 ~1 3 R4
接着,在步骤S309的处理中,被检者判断脑的一部分的等 高线曲线是否存在变化(判断步骤)。当判断为不存在变化时, 返回至步骤S301的处理。也就是说,反复进行从步骤S301至步 骤S309的处理,但关于从步骤S301至步骤S309的处理,能够在 被检者家中进行,被检者一个人也能够进行,而且能够以短的 准备时间进行。
另一方面,当判断为存在变化时,被检者到医院去,在步 骤S310的处理中,医生等在被检者的头部表面配置第一支架3 0、送光探针12 T1 ~12 T64 以及受光探针13 R1 ~13 R64 。此时,花费1 个小时左右的时间。
接着,在步骤S311的处理中,医生等利用键盘27输入开始 信号“诊断”,送受光用控制部21向光源驱动器2输出驱动信号, 并且通过接收来自光检测器3的受光信号而将受光信号(受光量 信息)A(λ 1 )、A(λ 2 )、A(λ 3 )存储到存储器23中(主光测量装置使用 步骤)。也就是说,232处受光量信息A(λ 1 )、A(λ 2 )、A(λ 3 )被存 储到存储器23中。
接着,在步骤S312的处理中,运算部24b基于被存储到存 储器23的受光量信息A(λ 1 )、A(λ 2 )、A(λ 3 ),利用关系式(1)、(2)、 (3),根据各波长的通过光强度,求出氧合血红蛋白的浓度与光 路长度的积[oxyHb]、脱氧血红蛋白的浓度与光路长度的积[deo  xyHb]以及总血红蛋白的浓度与光路长度的积([oxyHb]+[deoxy  Hb])。
接着,在步骤S313的处理中,脑活动图像显示控制部24c 在监视器画面26a进行信息的显示。此时,能够在整个脑平面上 显示等高线曲线。
接着,在步骤S314的处理中,医生等一边观察监视器画面 26a中显示的信息,一边判断是还要使被检者进行康复、还是不 再进行康复(诊断步骤)。此时,医生能改变测量方针或者决定 不改变测量方针。其结果是,当判断为还要进行康复时,返回 至步骤S301的处理。也就是说,反复进行从步骤S301至步骤S3 09的处理,但关于从步骤S301至步骤S309的处理,能够在被检 者家中进行,被检者一个人也能够进行,而且能够以短的准备 时间进行。
另一方面,当判断为不再进行康复时,结束本流程。
如上所述,根据本发明的光测量系统90,即使在不存在主 光测量装置10的情况下,只要存在分析装置80就能够使用便携 式光测量装置40。由此,即使被检者进行康复等运动的地点是 被检者的家等,也能够进行测量。
(其它实施方式)
(1)在上述光测量系统1中,示出了便携式光测量装置40具 备4个送光探针12 T1 ~12 T4 和4个受光探针13 R1 ~13 R4 那样的结构, 但例如也可以设为具备8个送光探针和8个受光探针、或者具备8 个送光探针和4个受光探针那样的结构。另外,示出了主光测量 装置10具备64个送光探针12 T1 ~12 T64 和64个受光探针13 R1 ~13 R64 那样的结构,但例如也可以设为具备32个送光探针和32个受光 探针,或者具备32个送光探针和64个受光探针那样的结构。
(2)在上述光测量系统1中,示出了一台主光测量装置10与 一台便携式光测量装置40进行通信那样的结构,但例如也可以 设为与3台便携式光测量装置进行通信那样的结构。
(3)在上述光测量系统1中,示出了使用第一支架30那样的 结构,但也可以使用设置有128个贯通孔的其它支架。
(4)在上述光测量系统1中,示出了主光测量装置10与便携 式光测量装置40利用无线装置6、46进行无线通信那样的结构, 但例如也可以设为通过利用便携式存储器从便携式光测量装置 传送到主光测量装置来进行通信那样的结构。
产业上的可利用性
本发明能够用于向生物体内部照射光来获得生物体内部信 息的光测量系统等。
附图标记说明
1:光测量系统;2:光源驱动器(第一发光部);3:光检测 器(第一光检测部);10:主光测量装置;11:第一壳体;12: 送光探针(送光单元);13:受光探针(受光单元);14:送光用光 纤;15:受光用光纤;22:分析用控制部;26:显示装置;27: 键盘(输入装置);30:第一支架;40:便携式光测量装置;41: 第二壳体;42:光源驱动器(第二发光部);43:光检测器(第二 光检测部);46:无线装置(通信部);51:送受光用控制部;60: 第二支架。