JPH03297443A - 光刺激誘発脳磁波測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、光刺激誘発脳磁波測定装置に、そして特に人
間の脳から発生される微小な生体磁場である脳磁波のう
ち脳の機能の生理学的・基礎医学的研究、神経疾患の診
療や治療等において必要となってくる光刺激誘発脳磁波
を測定する装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来、人間の頭内部を画像化する装置として、Ｘ線断層
撮影装置（Ｘ線ＣＴ）、核磁気共鳴映像性装置（ＭＲＩ
）、陽電子放射断層撮影装置（ＰＥＴ）等が知られてお
り、これらの装置によって提供される脳の形態学的な情
報（Ｘ線ＣＴ、ＭＨＩ）や、生化学的な代謝情報（ＰＥ
Ｔ）は、脳疾患の診断や外科的な治療のための有力な手
段として広く活用されている。しかしながら、これらの
手段では、脳機能の基本を成す電気現象に関して直接測
定することは不可能である。

人間の優れた脳機能を解明したり、てんかんを代表例と
する神経疾患の診断や治療においては、脳の電気現象を
記録する必要があるが、この点に関しては、古くから行
われてきた脳波測定以外に一般的に利用されている方法
はない。

しかし、脳波測定は、一般には頭皮上の電極により頭表
面の電位を測定することによって、間接的に頭内の神経
活動による電気現象を記録しようとするものであるので
、電気伝導度の低い頭蓋前や頭内物質に阻まれて、正確
な情報を得ることは困難である。

頭内の電気活動を直接記録するために、脳に電極を差し
込んで脳波を測定する場合もあるが、この方法は、生体
に与える損傷や被験者に及ぼす危険性のために、−船釣
にはほとんと行われていない。

これらの脳波測定の欠点を克服して、生体活動の電気情
報を正確に非侵襲的に得るようにするために、近年、頭
内の神経活動によって生した生体磁場（脳波に対して脳
磁波と呼ばれるうを直接測定する試みが行われており、
その具体的な手段として超高感度の磁束計である超伝導
量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）の開発及び半導体分野で開
発された微細加工技術の導入による５ＱＵＩＤの改良に
より、実用的な磁場感度をもつ脳磁波測定システムか開
発された。これにより、磁場は頭内組織の影響を受けず
に外部に透過するため、脳波測定に比較して頭内の電気
活動を直接反映した有用な情報か得られるものと考えら
れている。

ところで、人間の脳の電気的な活動によって生じる脳波
及び脳磁波は、α波を代表とする脳の自発的な活動によ
って生じるもの（基礎律動）と、外部から加えられた特
定の刺激（光、音、電気ショック等）に対する反応とし
て生じるもの（誘発反応）と、被験者にある種の運動を
させた時に生じるもの（運動関連反応）との三とおりに
分けて考えることができるが、特に、誘発反応は、生体
システムの優れた特性を解明したり、神経系の機能異常
箇所の特定等の臨床的な応用を行う上で、非常に重要で
ある。そのため、従来数個の点光源を利用した光刺激に
よる誘発脳磁波測定システムが提案されてきた。しかし
、従来の光刺激による誘発脳磁波測定システムでは、光
刺激装置として高々数個の点光源の点灯、消灯による単
純なオン、オフ刺激が主に行われてきた。しかしながら
、今日までに行われてきた、脳波による光刺激誘発反応
の研究から知られれているように、このようなオン、オ
フ刺激では発光面の照度かオン時とオフ時とて変化する
欠点かある。

また、これまでに報告のある脳磁波測定において用いら
れているような小さな点光源では、視覚神経系に対する
有効な刺激とならず、有意のデータは得られないことが
予想される。

このため点光源のオン、オフ刺激によるこれらの欠点を
解消するために、脳波測定ではパターンリハーサル刺激
が推奨されている。

添附図面の第５図には、パターンリバーサル刺激の一例
を示し、これは格子上のパターンを反転させるもので、
各周期で発光面全体の明るさは変らないこと、注視点を
変えたり、発光部分を変化させることにより、全視野刺
激や半視野刺激を行うことができ、これにより左側、右
側神経系を個別に刺激することができる。

また、脳波における光誘発反応の測定に使用される光刺
激装置としては一般にＴＶデイスプレィが用いられてい
る。

脳磁波測定においてパターンリノく一サル刺激を用いる
試みとして第６図に示すようにスライド投影装置Ａを用
いてパターンを被検者Ｂの眼前のスクリーンＣに投影し
、間接的に光刺激を被検者Ｂに与えるようにしたものが
提案されている。なお、第６図においてＤは５ＱＵＩＤ
システムを表している。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、従来提案されているパターンリバーサル刺激
装置では、像が暗く、不鮮明となるため有効な刺激とは
ならず、またパターンの切換えに少なくとも＋ｗｌｓｅ
ｃ程度の時間が掛かり、遅いという問題点がある。

また脳波における光誘発反応の測定に使用される光刺激
装置として一般に知られているＴＶデイスプレィは、発
生する磁場ノイズが大きく、高感度の磁気センサである
５ＱＵＩＤを用いる脳磁波測定システム用の光刺激パタ
ーン表示装置としては利用することかできない。

そこで、本発明は、このような従来提案された装置の問
題点を解決して、十分な輝度と鮮明な像を提示でき、ｉ
　１ｓｅｃ以下の高速でのパターン切換えができ、しか
も生体磁場検出装置と併用できる、発光パターンによる
光刺激を行うことのできる光刺激誘発脳磁被測定装置を
提供することを目的としている。

また本発明の別の目的は、誘発信号の処理において、光
刺激装置における発光素子からの磁場のクロストークの
問題を解決できる光刺激誘発脳磁被測定装置を提供する
ことにある。

［課題を解決するための手段］ 上記の第１の目的を達成するために、本発明の第１の発
明では、発光パターンを切換えながら光刺激を行うよう
にした光刺激装置と、光刺激装置による光刺激に反応し
て誘発された信号を処理する信号処理装置とを備えた光
刺激誘発脳磁被測定装置において、光刺激装置か、互い
に密に配列し、相互に点灯される面発光パターンを構成
する発光面をもつ多数の自己発光素子から成り、また光
刺激装置における各自己発光素子の発光タイミングを切
換えて任意の発光パターンを形成させる発光パターン制
御装置が設けられる。

また、本発明の別の目的を達成するために、本発明の第
２の発明によれば、発光パターンを切換えながら光刺激
を行うようにした光刺激装置と、光刺激装置による光刺
激に反応して誘発された信号を処理する信号処理装置と
を備えた光刺激誘発脳磁被測定装置において、信号処理
装置は、光刺激装置による光刺激信号に反応して生じる
生体磁場を検出する検出コイルと、検出コイルで検出さ
れた生体磁場を電圧信号に変換する装置と、光刺激装置
による刺激パターンの繰返し周波数の１／２以下の低域
遮断周波数をもち、光刺激装置の点滅時の過渡的なノイ
ズを除去するフィルタ装置と、フィルタ装置でノイズの
除去された電圧信号を光刺激装置による光刺激と同期し
て加算平均する加算平均化装置とから成る。

光刺激装置における各発光素子は角型発光面をもつ発光
ダイオードから成り得る。

［作　　用］ このように構成した本発明の第１の発明においては、光
刺激装置を角型の発光面をもつ多数の自己発光素子で構
成し、これらの発光素子を互いに密に配列して、相互に
点灯される面発光パターンを形成しているので、発光面
において十分な輝度が得られ、しかも明るさを変化させ
る範囲も広く取ることかでき、従って鮮明な発光パター
ンによる光刺激を行うことができ、また配線や発光タイ
ミングを変えることにより発光パターンを任意に変更す
ることができる。

また、本発明の第２の発明においては、光刺激装置によ
って被検者には発光パターンによる所要の光刺激が与え
られ、被検者の網膜から後頭部の視覚皮質に視覚刺激信
号が伝わる際に生体磁場が生じられ、この生体磁場は被
検者の後頭部に当てた検出コイルで検出され、５ＱＵＩ
Ｄの回路装置で電圧信号に変換される。この電圧信号に
は光刺激装置の点滅時の過渡的なノイズが含まれれてい
るため、フィルタ装置によりこのノイズは除去される。

こうしてノイズを除去した電圧信号を、加算平均化装置
において光刺激装置による光刺激と同期して加算平均す
ることにより、微小な光刺激誘発脳磁波を検出すること
かできる。

［実施例コ 以下、添附図面の第１図〜第３図を参照して本発明の実
施例について説明する。

第１図には、本発明の一実施例による光刺激誘発脳磁被
測定装置の構成を概略的に示し、図示装置において１は
磁場検出用のピックアップコイル（例えば二次微分型グ
ラジオメータから成り得る）てあり、２０ｒＴ／ＪＨｚ
の磁場感度をも−）Ｓ　ＱＵ　Ｉ　Ｄ２と共にクライオ
スタット３内に入れられ、液体ヘリウムで冷却されてい
る。クライオスタット３は架台４で支持され、使用時に
はピックアップコイル１が被検者５の後頭部の任意の位
置に近接するように位置決めされる。

また被検者５の前方には光刺激装置６が配置され、この
光刺激装置６は第５図に示したものと同しように各々１
５ｍ＋ｎ　Ｘ　１５ｍｍの角型外形を持ち発光面力月４
ＩｎＩ１１×１４ＩｎＩＩ＋の大きさである１００個の
赤色発光ダイオードを縦横１０個つづ基盤の目状に配列
させたものから成り得、各列の発光ダイオードは一つ置
きに五個つつ直列に接続し、市松模様に交互に点滅でき
るように構成され、従ってパターンリバーサル刺激装置
を構成している。７は光刺激装置６の動作を制御する制
御部で、光刺激装置６の点滅周波数を任意に設定でき（
例えばｆ−１１１ｚ）、また光刺激装置６による光刺激
と同期した同期信号（例えば２ｆ＝２Ｈｚ）を加算平均
化装置８へ供給するように構成されている。

また第１図において９は５ＱＵＩＤ２の回路装置であり
、ピックアップコイル１て検出された磁場信号を電圧信
号に変換する。回路装置９て発生された電圧信号はフィ
ルタユニッＮｏに供給され、このフィルタユニット１０
は、信号／ノイズ比を改善するため低域遮断周波数ｆ　
＋−−０，５Ｈｚの高域通過フィルタと、高域遮断周波
数ｆ　Ｈ−１００ｔｌｚの低域通過フィルタと、電源ノ
イス遮断周波数ｆＮ−５１］Ｈｚ、１［１［ＩＨｚ　、
　］５ＤＨｚ・・・・・・をもつくし型フィルタとて構
成されている。またこのフィルタユニット１０の出力側
は加算平均化装置８に接続されている。

このように構成した図示装置を用いて実際に光刺激誘発
脳磁波を測定した例を第２図及び第３図に示す。この場
合、光刺激装Ｗ６の発光面と被検者５の目との距離を約
５０ｃｍに設定し、被検者５の外後頭結節より５ｃｍ上
の点を第４図の原点ＭＯとして種々の部位で測定した。

第２図及び第３図に示すものは、１００回の加算平均を
行ってノイズを除去し得た信号であり、横軸は光パター
ンが切り替わった瞬間をゼロとした時間軸で、縦軸は信
号の強さを示す。また、第２図及び第３図において最下
方のグラフＶＥＰはそれぞれ脳磁波を示し、残りの三つ
のグラフＶＥＰはそれぞれ同時に測定した脳波を示して
おり、脳波グラフＬは第４図に示す左後頭部ＬＯ１脳波
グラフＭは後頭部中央ＭＯ１脳波グラフＲは右後頭部Ｒ
Ｏで測定した脳波である。測定した左後頭部ＬＯ及び右
後頭部ＲＯは後頭部中央ＭＯを中心に左右それぞれ５ｃ
＋ｎ離れた点であり、また基準電極としては、鼻根部よ
り１２ｃｍ上の正中前頭部電極を使用した。

第２図に示す測定例は、第４図に示すように被検者５の
後頭部中央ＭＯを原点として頭皮上に沿った距離（−３
ａｍ、３ｃｍ）の座標で表される位置ａて測定した場合
であり、また第３図に示す測定例は、第４図に示すよう
に被検者５の後頭部中央ＭＯを原点として頭皮上に沿っ
た距離（３ｃｍ、−３ＣＩ１１）の座標で表される位置
す測定した場合である。

これらの測定から脳波に対応した明瞭な視覚誘発脳磁波
か測定されていることが認められる。

ところで、図示実施例では光刺激装置としてパターンリ
バーサル刺激による光刺激について例示してきたが、発
光素子の点滅パターンを変更させることによりパターン
リバーサル刺激以外の刺激パターンとして実施すること
もできる。

また発光素子として発光ダイオードを例に挙げて説明し
てきたが、当然他の自己発光素子を用いることができる
。

さらに、図示実施例において発光ダイオードをユニット
化して構成することもてき、その場合には発光ダイオー
ドユニットを別の発光色のものに差し替えることにより
刺激色を変えることができる。

［発明の効果］ 以上説明してきたように、本発明の第１の発明によれば
、互いに密に配列し、相互に点灯される面発光パターン
を構成する発光面をもつ多数の自己発光素子で光刺激装
置を構成し、そして発光パターン制御装置により光刺激
装置における各自己発光素子の発光タイミングを切換え
て任意の発光パターンを形成できるように構成している
ので、発光面において十分な輝度と鮮明度をもつ発光パ
ターンか得られ、しかも切換え速度を高速化でき、従っ
て光刺激誘発脳磁波測定装置用の光刺激手段として極め
て有効な手段を提供することができる。

また、本発明の第２の発明による信号処理装置を備えた
光刺激誘発脳磁波測定装置は、光刺激装置における発光
素子からの磁場のクロストークの問題を解決して微小な
光刺激誘発脳磁波を測定することができ、その結果基礎
医学、生理学、臨床掌上有効な情報か得られる生体脳磁
波信号を容易に検出することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概路線図、第２図及び
第３図は第１図に示す装置を用いて測定した脳磁波信号
の例を脳波とと共に示すグラフ、第４図は第２図及び第
３図の測定例における被検者の測定位置を示す座標図、
第５図はパターンリバーサル刺激の例を示す概略図、第
６図は従来の光刺激誘発脳磁波測定装置の一例を示す概
路線図である。 図　　　中 検出コイル（ピックアップコイル） ＱＵＩＤ クライオスタット 架台 被検者 光刺激装置 発光パターン制御装置 加算平均化装置 ５ＱＵＩＤの回路装置 フィルタ装置 第３図 第２図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、発光パターンを切換えながら光刺激を行うようにし
   た光刺激装置と、光刺激装置による光刺激に反応して誘
   発された信号を処理する信号処理装置とを備えた光刺激
   誘発脳磁波測定装置において、光刺激装置が、互いに密
   に配列し、相互に点灯される面発光パターンを構成する
   発光面をもつ多数の自己発光素子から成り、また光刺激
   装置における各自己発光素子の発光タイミングを切換え
   て任意の発光パターンを形成させる発光パターン制御装
   置を備えていることを特徴とする光刺激誘発脳磁波測定
   装置。 ２、光刺激装置における各発光素子が角型発光面をもつ
   発光ダイオードから成る請求項１に記載の光刺激誘発脳
   磁波測定装置。 ３、発光パターンを切換えながら光刺激を行うようにし
   た光刺激装置と、光刺激装置による光刺激に反応して誘
   発された信号を処理する信号処理装置とを備えた光刺激
   誘発脳磁波測定装置において、信号処理装置が、光刺激
   装置による光刺激信号に反応して生じる生体磁場を検出
   する検出コイルと、検出コイルで検出された生体磁場を
   電圧信号に変換する装置と、光刺激装置による刺激パタ
   ーンの繰返し周波数の１／２以下の低域遮断周波数をも
   ち、光刺激装置の点滅時の過渡的なノイズを除去するフ
   ィルタ装置と、フィルタ装置でノイズの除去された電圧
   信号を光刺激装置による光刺激と同期して加算平均する
   加算平均化装置とから成ることを特徴とする光刺激誘発
   脳磁波測定装置。