JPH078473A - 測定装置 - Google Patents
測定装置Info
- Publication number
- JPH078473A JPH078473A JP6166209A JP16620994A JPH078473A JP H078473 A JPH078473 A JP H078473A JP 6166209 A JP6166209 A JP 6166209A JP 16620994 A JP16620994 A JP 16620994A JP H078473 A JPH078473 A JP H078473A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- light receiving
- receiving surface
- width
- head
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title abstract description 10
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 26
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 3
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 abstract description 2
- 210000003128 head Anatomy 0.000 description 45
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 25
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 23
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 23
- 210000004556 brain Anatomy 0.000 description 20
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 18
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 18
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 16
- 230000017531 blood circulation Effects 0.000 description 7
- 108010054147 Hemoglobins Proteins 0.000 description 5
- 102000001554 Hemoglobins Human genes 0.000 description 5
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 3
- 108010064719 Oxyhemoglobins Proteins 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 210000000624 ear auricle Anatomy 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000007917 intracranial administration Methods 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000004060 metabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 1
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
- A61B5/6801—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
- A61B5/6813—Specially adapted to be attached to a specific body part
- A61B5/6814—Head
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration or pH-value ; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid or cerebral tissue
- A61B5/1455—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration or pH-value ; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid or cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters
- A61B5/14551—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration or pH-value ; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid or cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters for measuring blood gases
- A61B5/14552—Details of sensors specially adapted therefor
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration or pH-value ; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid or cerebral tissue
- A61B5/1455—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration or pH-value ; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid or cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters
- A61B5/14551—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration or pH-value ; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid or cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters for measuring blood gases
- A61B5/14553—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration or pH-value ; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid or cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters for measuring blood gases specially adapted for cerebral tissue
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Surgery (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Neurology (AREA)
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
- Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 大面積の受光面６０による問題を解決しつ
つ、重要な情報をもつ物体内部深く伝搬してきた光を効
率よく捉えることが可能な受光面を有する測定装置を提
供することを目的とする。 【構成】 受光面６０が、光照射面５０を中心とする円
の半径方向に、光照射面５０より離間して配置されてい
る。ここで、受光面６０は、該半径方向における幅Ｗと
該半径方向と直交する接線方向における長さＬを有する
形状をなし、当該幅Ｗの方が当該長さＬより短い。かか
る形状の受光面６０によれば、物体から射出される光を
効率よく受光することができ、測定装置の測定感度を向
上させることができる。
つ、重要な情報をもつ物体内部深く伝搬してきた光を効
率よく捉えることが可能な受光面を有する測定装置を提
供することを目的とする。 【構成】 受光面６０が、光照射面５０を中心とする円
の半径方向に、光照射面５０より離間して配置されてい
る。ここで、受光面６０は、該半径方向における幅Ｗと
該半径方向と直交する接線方向における長さＬを有する
形状をなし、当該幅Ｗの方が当該長さＬより短い。かか
る形状の受光面６０によれば、物体から射出される光を
効率よく受光することができ、測定装置の測定感度を向
上させることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、物体内の特性を非侵襲
的に測定するための測定装置に関する。より詳しくは、
本発明は、脳などの生体内の代謝、血流速度、血流量、
血中ヘモグロビン濃度等を非侵襲的に測定するための測
定装置に関する。
的に測定するための測定装置に関する。より詳しくは、
本発明は、脳などの生体内の代謝、血流速度、血流量、
血中ヘモグロビン濃度等を非侵襲的に測定するための測
定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、物体に特定の波長の光を照射
し、そこでの光吸収量を測定することにより該物体の特
性を測定する測定装置が知られている。かかる測定装置
の例として、生体内の血中ヘモグロビン濃度・酸化度を
測定するオキシメータがある。このオキシメータでは、
耳たぶ、指先、鼻先等の組織厚が薄く光が十分透過でき
る部位に光を照射し、光が血液中を透過しまたは血液に
より反射される際の光の吸収量を測定する。
し、そこでの光吸収量を測定することにより該物体の特
性を測定する測定装置が知られている。かかる測定装置
の例として、生体内の血中ヘモグロビン濃度・酸化度を
測定するオキシメータがある。このオキシメータでは、
耳たぶ、指先、鼻先等の組織厚が薄く光が十分透過でき
る部位に光を照射し、光が血液中を透過しまたは血液に
より反射される際の光の吸収量を測定する。
【０００３】米国特許第4,281,645号明細書は、このオ
キシメータを応用して頭、腕など大きくて厚い組織の測
定を可能とした測定装置を提案している。この測定装置
によれば、脳、心臓等の臓器や手足等人体及び動物の様
々な部位中の血流量や血中ヘモグロビン酸化度等を、こ
れらの部位の光吸収量を測定することにより求めること
ができる。
キシメータを応用して頭、腕など大きくて厚い組織の測
定を可能とした測定装置を提案している。この測定装置
によれば、脳、心臓等の臓器や手足等人体及び動物の様
々な部位中の血流量や血中ヘモグロビン酸化度等を、こ
れらの部位の光吸収量を測定することにより求めること
ができる。
【０００４】図６の（Ａ）は、上記従来の測定装置の一
例である脳内血液酸素モニタリング測定装置を示したも
のである。この装置は、脳内を流れる血液中の酸化ヘモ
グロビン（ＨｂＯ2）と還元ヘモグロビン（Ｈｂ）の相
対濃度を測定することにより、脳内血流量や血中酸素濃
度、血流速度等を測定するためのものである。この装置
によれば、被検体の脳内血液酸素モニタリングをそのベ
ッドサイドにて非侵襲的かつ連続的に行うことができ
る。
例である脳内血液酸素モニタリング測定装置を示したも
のである。この装置は、脳内を流れる血液中の酸化ヘモ
グロビン（ＨｂＯ2）と還元ヘモグロビン（Ｈｂ）の相
対濃度を測定することにより、脳内血流量や血中酸素濃
度、血流速度等を測定するためのものである。この装置
によれば、被検体の脳内血液酸素モニタリングをそのベ
ッドサイドにて非侵襲的かつ連続的に行うことができ
る。
【０００５】以下、この脳内血液酸素モニタリング測定
装置について、より詳細に説明する。この測定装置１で
は、光照射用光学ファイバー束５の一端面が光源３に光
学的に結合されており、他の一端面（以下、「光照射
面」という）５０が被検体である生体頭部４の表面に接
触固定されている。また、受光用光学ファイバー束６Ａ
の一端面が光電子増倍管６Ｂに光学的に結合されてお
り、他の一端面（以下、「受光面」という）６０Ａが生
体頭部４の表面に接触固定されている。なお、光照射用
光学ファイバー束５の光照射面５０と受光用光学ファイ
バー束６Ａの受光面６０Ａとは、頭部４表面上において
一定の距離Ｄ（例えば数ｃｍ）だけ離れた位置に固定さ
れている。
装置について、より詳細に説明する。この測定装置１で
は、光照射用光学ファイバー束５の一端面が光源３に光
学的に結合されており、他の一端面（以下、「光照射
面」という）５０が被検体である生体頭部４の表面に接
触固定されている。また、受光用光学ファイバー束６Ａ
の一端面が光電子増倍管６Ｂに光学的に結合されてお
り、他の一端面（以下、「受光面」という）６０Ａが生
体頭部４の表面に接触固定されている。なお、光照射用
光学ファイバー束５の光照射面５０と受光用光学ファイ
バー束６Ａの受光面６０Ａとは、頭部４表面上において
一定の距離Ｄ（例えば数ｃｍ）だけ離れた位置に固定さ
れている。
【０００６】光源３は、複数のレーザ装置からなり、７
００ナノメータ以上１３００ナノメータ以下の波長域内
の複数の互いに異なる波長の光を発振する。光源３は、
駆動回路２に電気的に接続されている。駆動回路２は、
バスライン１１を介してＣＰＵ８に接続されている。光
電子増倍管６Ｂは、受光した光量を増幅した値を示すア
ナログ電気信号を生成する。この光電子増倍管６Ｂは、
アナログ／デジタル変換器７に電気的に接続されてい
る。アナログ／デジタル変換器７もまた、バスライン１
１を介してＣＰＵ８に接続されている。メモリー９と表
示装置１０が、バスライン１１を介してＣＰＵ８に接続
されて設けられている。
００ナノメータ以上１３００ナノメータ以下の波長域内
の複数の互いに異なる波長の光を発振する。光源３は、
駆動回路２に電気的に接続されている。駆動回路２は、
バスライン１１を介してＣＰＵ８に接続されている。光
電子増倍管６Ｂは、受光した光量を増幅した値を示すア
ナログ電気信号を生成する。この光電子増倍管６Ｂは、
アナログ／デジタル変換器７に電気的に接続されてい
る。アナログ／デジタル変換器７もまた、バスライン１
１を介してＣＰＵ８に接続されている。メモリー９と表
示装置１０が、バスライン１１を介してＣＰＵ８に接続
されて設けられている。
【０００７】駆動回路２により駆動された複数のレーザ
装置３は、ＣＰＵ１により決められた所定のタイミング
で、互いに異なる波長の光を順次発生する。光照射用光
学ファイバー束５は、この光を伝送して頭部４表面に照
射する。頭部表面に照射された光は、頭部内部を伝搬し
脳内部に到る。この間、光は、皮膚や骨その他の組織に
より散乱・吸収される。このように頭部内部を伝搬した
光の一部は、頭部表面の受光面６０Ａが配置されている
位置に達し、受光面６０Ａに入射して受光用光学ファイ
バー束６Ａにより光電子増倍管６Ｂに導かれる。光電子
増倍管６Ｂは、この光を電子に変換し、さらにこれを増
倍してアナログ信号を生成する。アナログ／デジタル変
換器７が、このアナログ信号をデジタル信号に変換す
る。こうして得られたデジタル信号は、受光面６０Ａに
達した複数の互いに異なる波長の光の強度を示してい
る。ＣＰＵ８は、このデジタル信号と、距離Ｄ、光照射
面５０から照射された光強度等から、酸化ヘモグロビン
と還元ヘモグロビンの濃度比を演算する。ＣＰＵは、さ
らに、この演算結果に基づき、脳内血流量や血中酸素濃
度、血流速度等を演算して、演算結果を表示装置１０に
表示する。
装置３は、ＣＰＵ１により決められた所定のタイミング
で、互いに異なる波長の光を順次発生する。光照射用光
学ファイバー束５は、この光を伝送して頭部４表面に照
射する。頭部表面に照射された光は、頭部内部を伝搬し
脳内部に到る。この間、光は、皮膚や骨その他の組織に
より散乱・吸収される。このように頭部内部を伝搬した
光の一部は、頭部表面の受光面６０Ａが配置されている
位置に達し、受光面６０Ａに入射して受光用光学ファイ
バー束６Ａにより光電子増倍管６Ｂに導かれる。光電子
増倍管６Ｂは、この光を電子に変換し、さらにこれを増
倍してアナログ信号を生成する。アナログ／デジタル変
換器７が、このアナログ信号をデジタル信号に変換す
る。こうして得られたデジタル信号は、受光面６０Ａに
達した複数の互いに異なる波長の光の強度を示してい
る。ＣＰＵ８は、このデジタル信号と、距離Ｄ、光照射
面５０から照射された光強度等から、酸化ヘモグロビン
と還元ヘモグロビンの濃度比を演算する。ＣＰＵは、さ
らに、この演算結果に基づき、脳内血流量や血中酸素濃
度、血流速度等を演算して、演算結果を表示装置１０に
表示する。
【０００８】なお、この脳内血液酸素モニタリング測定
装置１においては、図６の（Ｂ）に示すように、受光用
光学ファイバー６Ａを設けずに、光電子増倍管６Ｂを頭
部４表面に直接固着しても良い。この場合には、光電子
増倍管６Ｂのホトカソード面６０Ｂを頭部４表面に固着
させることにより、頭部内を伝搬してこの固着位置に達
した光を受光させる。また、光電子増倍管６Ｂの代わり
に、ホトダイオード６Ｃを頭部４表面に直接固着しても
良い。この場合には、ホトダイオード６Ｂの光電面６０
Ｂを頭部４表面に固着させて、この固着位置に達した光
を受光させる。なお、受光用光学ファイバー束６Ａの受
光面６０Ａは略円形であり、光電子増倍管６Ｂやホトダ
イオード６Ｃの受光面６０Ｂ、６０Ｃは、略正方形また
は略円形である。これら受光用光学ファイバー束６Ａや
光電子増倍管６Ｂ、ホトダイオード６Ｃ等の、頭部表面
から射出する光を受光する手段を、以下、「受光素子
６」という。また、これら受光面６０Ａ、６０Ｂ、６０
Ｃを、以下、「受光面６０」という。
装置１においては、図６の（Ｂ）に示すように、受光用
光学ファイバー６Ａを設けずに、光電子増倍管６Ｂを頭
部４表面に直接固着しても良い。この場合には、光電子
増倍管６Ｂのホトカソード面６０Ｂを頭部４表面に固着
させることにより、頭部内を伝搬してこの固着位置に達
した光を受光させる。また、光電子増倍管６Ｂの代わり
に、ホトダイオード６Ｃを頭部４表面に直接固着しても
良い。この場合には、ホトダイオード６Ｂの光電面６０
Ｂを頭部４表面に固着させて、この固着位置に達した光
を受光させる。なお、受光用光学ファイバー束６Ａの受
光面６０Ａは略円形であり、光電子増倍管６Ｂやホトダ
イオード６Ｃの受光面６０Ｂ、６０Ｃは、略正方形また
は略円形である。これら受光用光学ファイバー束６Ａや
光電子増倍管６Ｂ、ホトダイオード６Ｃ等の、頭部表面
から射出する光を受光する手段を、以下、「受光素子
６」という。また、これら受光面６０Ａ、６０Ｂ、６０
Ｃを、以下、「受光面６０」という。
【０００９】米国特許第4,321,930号、第4,380,240号、
及び、第4,510,938号明細書には、光照射用光学ファイ
バー束５と受光素子６を頭部４に脱着可能に装着するた
めの装着器具が提案されている。この装着器具１２は、
図７に示すように、光照射用光学ファイバー束５と受光
素子６を、これらの光照射面５０と受光面６０が露呈す
るように保持するための保持部材１３を備えている。こ
の保持部材１３により、光照射面５０と受光面６０の距
離Ｄを一定に保つことができる。装着器具１２には、さ
らに、保持部材１３を頭部４その他所望の部位に装着固
定するための一対のストラップ１４と１４が設けられて
いる。これら一対のストラップ１４には、面ファスナー
（マジックテープ）１５が形成されており、測定する部
位のサイズや形に合わせてストラップ１４を容易に調整
できるようになっている。かかる構成の装着器具１２に
よれば、光射面５０と受光面６０とを、容易にかつ正確
に、頭部４その他所望の部位に所定の距離Ｄをもって配
置することができる。
及び、第4,510,938号明細書には、光照射用光学ファイ
バー束５と受光素子６を頭部４に脱着可能に装着するた
めの装着器具が提案されている。この装着器具１２は、
図７に示すように、光照射用光学ファイバー束５と受光
素子６を、これらの光照射面５０と受光面６０が露呈す
るように保持するための保持部材１３を備えている。こ
の保持部材１３により、光照射面５０と受光面６０の距
離Ｄを一定に保つことができる。装着器具１２には、さ
らに、保持部材１３を頭部４その他所望の部位に装着固
定するための一対のストラップ１４と１４が設けられて
いる。これら一対のストラップ１４には、面ファスナー
（マジックテープ）１５が形成されており、測定する部
位のサイズや形に合わせてストラップ１４を容易に調整
できるようになっている。かかる構成の装着器具１２に
よれば、光射面５０と受光面６０とを、容易にかつ正確
に、頭部４その他所望の部位に所定の距離Ｄをもって配
置することができる。
【００１０】図８の（Ａ）は、略円形状の受光面６０を
持つ受光素子６を採用した場合の、保持部材１３上にお
ける光射面５０と受光面６０の配置状態を示す。また、
図８の（Ｂ）は、略正方形上の受光面６０を持つ受光素
子６を採用した場合の保持部材１３上の光照射面５０と
受光面６０の配置状態を示す。
持つ受光素子６を採用した場合の、保持部材１３上にお
ける光射面５０と受光面６０の配置状態を示す。また、
図８の（Ｂ）は、略正方形上の受光面６０を持つ受光素
子６を採用した場合の保持部材１３上の光照射面５０と
受光面６０の配置状態を示す。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】光照射面５０から頭部
表面に照射された光は、頭内部で強い散乱を受け減衰し
ながらあらゆる方向に広がっていく。ここで、光照射面
５０と受光面６０との距離Ｄが大きい程、頭のより深
部、脳の部分を通った光を受光する割合が大きくなり、
臨床的により重要な情報をもたらす。このため、光の検
出感度をできるだけ高くして、より遠く深部を通り大き
く減衰した光を効率よく捉えることが好ましい。
表面に照射された光は、頭内部で強い散乱を受け減衰し
ながらあらゆる方向に広がっていく。ここで、光照射面
５０と受光面６０との距離Ｄが大きい程、頭のより深
部、脳の部分を通った光を受光する割合が大きくなり、
臨床的により重要な情報をもたらす。このため、光の検
出感度をできるだけ高くして、より遠く深部を通り大き
く減衰した光を効率よく捉えることが好ましい。
【００１２】そこで、従来は、かかる深部を通り著しく
減衰した光をなるべく多く捉えるべく、受光面６０を大
面積にしていた。具体的には、受光素子６として、ホト
カソード面６０が１ｃｍｘ１ｃｍ程度の面積のホトダイ
オードがよく用いられていた。
減衰した光をなるべく多く捉えるべく、受光面６０を大
面積にしていた。具体的には、受光素子６として、ホト
カソード面６０が１ｃｍｘ１ｃｍ程度の面積のホトダイ
オードがよく用いられていた。
【００１３】本発明者らは、受光面６０をこのように大
面積とすることにより以下のようなさまざまな問題点が
生じていることを発見した。まず、受光素子６の作製費
用が高くなり、測定装置１全体の費用が高くなってい
た。また、受光面６０が大きいと受光位置が不明確とな
るため、光照射面５０と受光位置の間の実効的な距離が
不明確となる。したがって、光照射位置から受光位置ま
で光が伝搬した距離（光路長）が不明確となり、得られ
た信号を正確に定量化することが困難となっていた。広
い受光面６０はまた、外部ノイズとなる外来光をも拾い
やすいといった問題もあった。さらに、受光素子６とし
てホトダイオード６Ｃを用いた場合には、受光面６０た
る光電面が広くなると接合容量によるノイズ（内部ノイ
ズ）が大きくなり、微小な光の検出が困難になってい
た。また、受光面６０が広いと、装着器具１２も大きく
しなければならないといった問題もあった。
面積とすることにより以下のようなさまざまな問題点が
生じていることを発見した。まず、受光素子６の作製費
用が高くなり、測定装置１全体の費用が高くなってい
た。また、受光面６０が大きいと受光位置が不明確とな
るため、光照射面５０と受光位置の間の実効的な距離が
不明確となる。したがって、光照射位置から受光位置ま
で光が伝搬した距離（光路長）が不明確となり、得られ
た信号を正確に定量化することが困難となっていた。広
い受光面６０はまた、外部ノイズとなる外来光をも拾い
やすいといった問題もあった。さらに、受光素子６とし
てホトダイオード６Ｃを用いた場合には、受光面６０た
る光電面が広くなると接合容量によるノイズ（内部ノイ
ズ）が大きくなり、微小な光の検出が困難になってい
た。また、受光面６０が広いと、装着器具１２も大きく
しなければならないといった問題もあった。
【００１４】そこで、本発明の目的は、これら大面積の
受光面６０による問題を解決しつつ、重要な情報をもつ
物体内部深く伝搬してきた光を効率よく捉えることが可
能な受光面を有する測定装置を提供することを目的とす
る。
受光面６０による問題を解決しつつ、重要な情報をもつ
物体内部深く伝搬してきた光を効率よく捉えることが可
能な受光面を有する測定装置を提供することを目的とす
る。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、鋭意、研
究・検討を重ねた結果、光照射面５０から照射された光
が頭部内を伝搬して受光面６０に到達する際の強度は、
光照射面５０と受光面６０の距離に応じて指数関数的に
減少することを発見した。具体的に説明するため、ま
ず、図９に示すように、頭部４表面上に、光照射面５０
の配置位置を中心として任意の半径Ｒを有する仮想的な
円Ｃを考える。（なお、図９は、光照射面５０から頭部
４表面に照射された光が頭部内を伝搬して頭部表面に到
達する状態を説明する平面図（上）と側断面図（下）を
示している。）また、光照射面５０から円Ｃの半径方向
に延びる半径方向軸Ｘを考え、これが円Ｃと交差する点
をＰとする。すると、光照射面５０から頭部表面に照射
された光が、頭部内を伝搬して点Ｐから頭部外へ射出す
る際の光強度は、半径Ｒが大きくなるにつれ指数関数的
に減少する。
究・検討を重ねた結果、光照射面５０から照射された光
が頭部内を伝搬して受光面６０に到達する際の強度は、
光照射面５０と受光面６０の距離に応じて指数関数的に
減少することを発見した。具体的に説明するため、ま
ず、図９に示すように、頭部４表面上に、光照射面５０
の配置位置を中心として任意の半径Ｒを有する仮想的な
円Ｃを考える。（なお、図９は、光照射面５０から頭部
４表面に照射された光が頭部内を伝搬して頭部表面に到
達する状態を説明する平面図（上）と側断面図（下）を
示している。）また、光照射面５０から円Ｃの半径方向
に延びる半径方向軸Ｘを考え、これが円Ｃと交差する点
をＰとする。すると、光照射面５０から頭部表面に照射
された光が、頭部内を伝搬して点Ｐから頭部外へ射出す
る際の光強度は、半径Ｒが大きくなるにつれ指数関数的
に減少する。
【００１６】次に、以上の分析を、正方形状の受光面６
０を光照射面５０から該半径方向Ｘに離間して配置した
場合に適用して、具体的に説明する。図１０は、光照射
面５０から頭部４表面に照射された光が頭部内を伝搬し
頭部表面に到達して正方形状受光面６０に捉えられる状
態を説明する平面図（上）と側断面図（中）と、受光面
６０の位置とその位置において捉えられる光強度の関係
を示すグラフ（下）を示している。ここで、受光面６０
は、第一及び第二の辺Ｅ１、Ｅ２を有しており、それぞ
れが、光照射面５０を中心とする円Ｃ１及び円Ｃ２の接
線方向に略沿って延びるように、配置されている。な
お、円Ｃ１の半径Ｒ１の方が円Ｃ２の半径Ｒ２より小さ
い。いま、辺Ｅ１において捉えられる光強度をＩ0とす
る。また、受光面６０内で辺Ｅ１に平行で該辺Ｅ１より
半径方向Ｘに距離ｘだけ離間した任意の直線Ｅ（ｘ）を
考える。この直線Ｅ（ｘ）は、半径（Ｒ１＋ｘ）を有す
る円Ｃｘの接線方向に略沿って延びると近似することが
できるため、該Ｅ（ｘ）上に射出する光の強度Ｉは、以
下の数式１で近似することができる。
０を光照射面５０から該半径方向Ｘに離間して配置した
場合に適用して、具体的に説明する。図１０は、光照射
面５０から頭部４表面に照射された光が頭部内を伝搬し
頭部表面に到達して正方形状受光面６０に捉えられる状
態を説明する平面図（上）と側断面図（中）と、受光面
６０の位置とその位置において捉えられる光強度の関係
を示すグラフ（下）を示している。ここで、受光面６０
は、第一及び第二の辺Ｅ１、Ｅ２を有しており、それぞ
れが、光照射面５０を中心とする円Ｃ１及び円Ｃ２の接
線方向に略沿って延びるように、配置されている。な
お、円Ｃ１の半径Ｒ１の方が円Ｃ２の半径Ｒ２より小さ
い。いま、辺Ｅ１において捉えられる光強度をＩ0とす
る。また、受光面６０内で辺Ｅ１に平行で該辺Ｅ１より
半径方向Ｘに距離ｘだけ離間した任意の直線Ｅ（ｘ）を
考える。この直線Ｅ（ｘ）は、半径（Ｒ１＋ｘ）を有す
る円Ｃｘの接線方向に略沿って延びると近似することが
できるため、該Ｅ（ｘ）上に射出する光の強度Ｉは、以
下の数式１で近似することができる。
【００１７】
【数１】 ここで、ｃは、被測定物体の減衰特性によって決まる係
数である。例えば、人間の大人の頭部の場合は、ｃ＝
０．３１［１／ｍｍ］である。図１０は、この光強度Ｉ
が数式１に示すように指数関数的に減衰する様子をも示
している。この図より、受光面６０にて捉えられる光強
度が、当該受光面内における受光位置（光照射面５０か
らの距離）に応じて指数関数的に減衰しているのがわか
る。例えば、受光面６０が１０ｍｍｘ１０ｍｍの正方形
状であるホトダイオード６Ｃを用いた場合には、第二の
辺Ｅ２で捉えられる光強度は、第一の辺Ｅ１で捉えられ
る光強度の１／１０にすぎない。このように、受光面６
０で検出される光のほとんどは、受光面のうち光照射面
５０に最も近いへりの部分Ｅ１で捉えられたものである
ことがわかる。すなわち、受光面の残りの部分は、光検
出にほとんど寄与していないことがわかる。
数である。例えば、人間の大人の頭部の場合は、ｃ＝
０．３１［１／ｍｍ］である。図１０は、この光強度Ｉ
が数式１に示すように指数関数的に減衰する様子をも示
している。この図より、受光面６０にて捉えられる光強
度が、当該受光面内における受光位置（光照射面５０か
らの距離）に応じて指数関数的に減衰しているのがわか
る。例えば、受光面６０が１０ｍｍｘ１０ｍｍの正方形
状であるホトダイオード６Ｃを用いた場合には、第二の
辺Ｅ２で捉えられる光強度は、第一の辺Ｅ１で捉えられ
る光強度の１／１０にすぎない。このように、受光面６
０で検出される光のほとんどは、受光面のうち光照射面
５０に最も近いへりの部分Ｅ１で捉えられたものである
ことがわかる。すなわち、受光面の残りの部分は、光検
出にほとんど寄与していないことがわかる。
【００１８】そこで、本発明は、物体の表面上に光を照
射するための光照射部を有する光照射手段と、該光照射
部から物体の表面上に照射され物体内を伝搬して物体の
表面から射出される光を受光するための受光面を有する
受光手段を備え、該受光面を該光照射部から該光照射部
を中心とする円の半径方向に離間し、該受光面が該半径
方向に延びる幅と該半径方向と直交する接線方向に延び
る長さを有し、該幅が該長さより短いことを特徴とす
る、物体中の特性を測定するための測定装置を提供して
いる。
射するための光照射部を有する光照射手段と、該光照射
部から物体の表面上に照射され物体内を伝搬して物体の
表面から射出される光を受光するための受光面を有する
受光手段を備え、該受光面を該光照射部から該光照射部
を中心とする円の半径方向に離間し、該受光面が該半径
方向に延びる幅と該半径方向と直交する接線方向に延び
る長さを有し、該幅が該長さより短いことを特徴とす
る、物体中の特性を測定するための測定装置を提供して
いる。
【００１９】ここで、該受光面の該幅は、該長さの１／
２以下の範囲にあることが好ましい。より好ましくは、
該幅は、該長さの１／５以上３／１０以下の範囲にある
ことが好ましい。具体的には、該長さが１０ｍｍである
場合に、該幅は２ｍｍ以上３ｍｍ以下の範囲にあること
が好ましい。
２以下の範囲にあることが好ましい。より好ましくは、
該幅は、該長さの１／５以上３／１０以下の範囲にある
ことが好ましい。具体的には、該長さが１０ｍｍである
場合に、該幅は２ｍｍ以上３ｍｍ以下の範囲にあること
が好ましい。
【００２０】ここで、本発明の測定装置は、さらに、該
物体に脱着可能に装着できる保持手段であって、該光照
射手段と該受光手段とをその光照射部と受光面との間の
該半径方向に沿う距離が一定となるように保持するもの
を備えることが好ましい。
物体に脱着可能に装着できる保持手段であって、該光照
射手段と該受光手段とをその光照射部と受光面との間の
該半径方向に沿う距離が一定となるように保持するもの
を備えることが好ましい。
【００２１】該受光手段は、さらに、受光した光を電気
信号に変換する光検出手段手段を備えていることが好ま
しい。本発明の測定装置は、さらに、該電気信号に基づ
いて該物体内の特性を演算するための演算手段を備えて
いることが好ましい。
信号に変換する光検出手段手段を備えていることが好ま
しい。本発明の測定装置は、さらに、該電気信号に基づ
いて該物体内の特性を演算するための演算手段を備えて
いることが好ましい。
【００２２】該受光手段は、一端面を有する光学ファイ
バー束からなることが好ましい。この場合、該光学ファ
イバー束は、該一端面にて、該物体の表面から射出され
る光を受光し、この光を他の一端面まで導く。該受光手
段は、さらに、該光学ファイバー束の該他の一端面に光
学的に結合され、該他の一端面に導かれた光の光強度を
検出するための光検出手段を備えることが好ましい。た
とえば、光電子増倍管を備えることが好ましい。
バー束からなることが好ましい。この場合、該光学ファ
イバー束は、該一端面にて、該物体の表面から射出され
る光を受光し、この光を他の一端面まで導く。該受光手
段は、さらに、該光学ファイバー束の該他の一端面に光
学的に結合され、該他の一端面に導かれた光の光強度を
検出するための光検出手段を備えることが好ましい。た
とえば、光電子増倍管を備えることが好ましい。
【００２３】該受光手段は、また、光電面を有するホト
ダイオードからなることが好ましい。この場合、該ホト
ダイオードは、該光電面にて、該物体の表面から射出さ
れる光を受光しその光強度を検出する。該受光手段は、
また、ホトカソード面を有する光電子増倍管からなるの
でもよい。この場合、該光電子増倍管は、該ホトカソー
ド面にて、該物体の表面から射出される光を受光しその
光強度を増倍して検出する。
ダイオードからなることが好ましい。この場合、該ホト
ダイオードは、該光電面にて、該物体の表面から射出さ
れる光を受光しその光強度を検出する。該受光手段は、
また、ホトカソード面を有する光電子増倍管からなるの
でもよい。この場合、該光電子増倍管は、該ホトカソー
ド面にて、該物体の表面から射出される光を受光しその
光強度を増倍して検出する。
【００２４】該光照射手段は、光源と、一端面を該光源
に光学的に結合された光学ファイバー束からなることが
好ましい。この場合、該光学ファイバー束は、該一端面
にて受け取った該光源からの光を他の一端面まで導き、
これを該他の一端面から物体の表面上に照射する。
に光学的に結合された光学ファイバー束からなることが
好ましい。この場合、該光学ファイバー束は、該一端面
にて受け取った該光源からの光を他の一端面まで導き、
これを該他の一端面から物体の表面上に照射する。
【００２５】該光源は、７００ナノメータ以上１３００
ナノメータ以下の範囲の波長域の複数の互いに異なる波
長の光を照射するための複数のレーザ装置からなり、該
光照射面と該受光面を生体の頭部に固定することによ
り、該生体頭部の脳内血液酸素モニタリング測定を非侵
襲的に行うようにしても良い。
ナノメータ以下の範囲の波長域の複数の互いに異なる波
長の光を照射するための複数のレーザ装置からなり、該
光照射面と該受光面を生体の頭部に固定することによ
り、該生体頭部の脳内血液酸素モニタリング測定を非侵
襲的に行うようにしても良い。
【００２６】
【作用】上記構成を有する本発明の測定装置において
は、該光照射手段が、その光照射部にて、物体の表面上
に光を照射する。該光照射部から物体の表面上に照射さ
れた光は、物体内を伝搬して再び物体の表面から射出す
る。該受光手段が、その受光面にて、この光を受光す
る。ここで、該受光面は、該光照射部から該光照射部を
中心とする円の半径方向に離間配置されている。そし
て、該受光面は、該半径方向に延びる幅と該半径方向と
直交する接線方向に延びる長さを有し、該幅が該長さよ
り短い。受光面をかかる寸法形状とすることにより、受
光効率を向上させることができる。
は、該光照射手段が、その光照射部にて、物体の表面上
に光を照射する。該光照射部から物体の表面上に照射さ
れた光は、物体内を伝搬して再び物体の表面から射出す
る。該受光手段が、その受光面にて、この光を受光す
る。ここで、該受光面は、該光照射部から該光照射部を
中心とする円の半径方向に離間配置されている。そし
て、該受光面は、該半径方向に延びる幅と該半径方向と
直交する接線方向に延びる長さを有し、該幅が該長さよ
り短い。受光面をかかる寸法形状とすることにより、受
光効率を向上させることができる。
【００２７】該受光面の該幅は該長さの１／２以下の範
囲にあることが好ましい。より好ましくは、該幅は、該
長さの１／５以上３／１０以下の範囲にあることが好ま
しい。具体的には、該長さが１０ｍｍである場合に、該
幅は２ｍｍ以上３ｍｍ以下の範囲にあることが好まし
い。
囲にあることが好ましい。より好ましくは、該幅は、該
長さの１／５以上３／１０以下の範囲にあることが好ま
しい。具体的には、該長さが１０ｍｍである場合に、該
幅は２ｍｍ以上３ｍｍ以下の範囲にあることが好まし
い。
【００２８】ここで、該光照射手段が照射する光の強度
を、該光が物体を損傷することなく物体内部を伝搬し再
び物体表面から射出して受光手段に受光されうる程度と
することにより、該物体の特性を非侵襲的に測定するこ
とができる。
を、該光が物体を損傷することなく物体内部を伝搬し再
び物体表面から射出して受光手段に受光されうる程度と
することにより、該物体の特性を非侵襲的に測定するこ
とができる。
【００２９】本発明の測定装置においては、保持手段に
より、該光照射手段と該受光手段とをその光照射部と受
光面との間の距離が一定となるように保持し、これを該
物体に脱着可能に装着できるようにしても良い。この場
合には、光照射部と受光面とを、容易にかつ正確に、該
一定の距離をもって離間させつつ物体に対して配置する
ことができる。
より、該光照射手段と該受光手段とをその光照射部と受
光面との間の距離が一定となるように保持し、これを該
物体に脱着可能に装着できるようにしても良い。この場
合には、光照射部と受光面とを、容易にかつ正確に、該
一定の距離をもって離間させつつ物体に対して配置する
ことができる。
【００３０】該受光手段が該光検出手段を備え、該測定
装置が演算手段を備えている場合には、該光検出手段が
受光した光を電気信号に変換し、該演算手段が該電気信
号に基づいて該物体内の特性を演算する。
装置が演算手段を備えている場合には、該光検出手段が
受光した光を電気信号に変換し、該演算手段が該電気信
号に基づいて該物体内の特性を演算する。
【００３１】該受光手段が光学ファイバー束からなる場
合には、該光学ファイバー束は、該一端面にて該物体の
表面から射出される光を受光し、この光を該他の一端面
まで導く。該光学ファイバー束の該他の一端面に光電子
増倍管等の光検出手段が結合されている場合には、該光
検出手段が、該他の一端面に導かれた光の光強度を検出
する。
合には、該光学ファイバー束は、該一端面にて該物体の
表面から射出される光を受光し、この光を該他の一端面
まで導く。該光学ファイバー束の該他の一端面に光電子
増倍管等の光検出手段が結合されている場合には、該光
検出手段が、該他の一端面に導かれた光の光強度を検出
する。
【００３２】該受光手段がホトダイオードからなる場合
には、該ホトダイオードはその光電面にて、該物体の表
面から射出される光を受光しその光強度を検出する。該
受光手段が光電子増倍管からなる場合には、該光電子増
倍管はそのホトカソード面にて、該物体の表面から射出
される光を受光しその光強度を増倍して検出する。
には、該ホトダイオードはその光電面にて、該物体の表
面から射出される光を受光しその光強度を検出する。該
受光手段が光電子増倍管からなる場合には、該光電子増
倍管はそのホトカソード面にて、該物体の表面から射出
される光を受光しその光強度を増倍して検出する。
【００３３】該光照射手段が、光源と該光源にその一端
面を結合された光学ファイバー束からなる場合には、該
光学ファイバー束は、該一端面にて受け取った該光源か
らの光を他の一端面まで導き、これを該他の一端面から
物体の表面上に照射する。
面を結合された光学ファイバー束からなる場合には、該
光学ファイバー束は、該一端面にて受け取った該光源か
らの光を他の一端面まで導き、これを該他の一端面から
物体の表面上に照射する。
【００３４】該光源を、７００ナノメータ以上１３００
ナノメータ以下の範囲の波長域の複数の互いに異なる波
長の光を照射するための複数のレーザ装置から構成した
場合には、該光照射面と該受光面を生体の頭部に固定す
ることにより、該生体頭部の脳内血液酸素モニタリング
測定を非侵襲的に行うことができる。
ナノメータ以下の範囲の波長域の複数の互いに異なる波
長の光を照射するための複数のレーザ装置から構成した
場合には、該光照射面と該受光面を生体の頭部に固定す
ることにより、該生体頭部の脳内血液酸素モニタリング
測定を非侵襲的に行うことができる。
【００３５】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。
説明する。
【００３６】本実施例は、基本的に、図６の（Ｂ）の構
成を有し図７の装着器具１２にて光照射面５０と受光面
６０の距離を一定に保持した脳内血液酸素モニタリング
測定装置である。すなわち、本実施例の測定装置１は、
波長域７００〜１３００ナノメータ内の互いに異なる複
数の波長のレーザ光を頭部に照射させ、非侵襲的に脳内
の血液酸素モニタリングを行うための脳内血液酸素モニ
タリング測定装置である。
成を有し図７の装着器具１２にて光照射面５０と受光面
６０の距離を一定に保持した脳内血液酸素モニタリング
測定装置である。すなわち、本実施例の測定装置１は、
波長域７００〜１３００ナノメータ内の互いに異なる複
数の波長のレーザ光を頭部に照射させ、非侵襲的に脳内
の血液酸素モニタリングを行うための脳内血液酸素モニ
タリング測定装置である。
【００３７】図１に、本実施例の測定装置１の要部説明
図を示す。受光面６０が、光照射面５０を中心とする円
Ｃの半径方向Ｘに、光照射面５０より離間して配置され
ている。本実施例では、受光面６０は、該半径方向Ｘに
延びる幅Ｗと該半径方向と直交する接線方向Ｔに延びる
長さＬを有する形状をなし、当該幅Ｗが当該長さＬより
短い。より好ましくは、当該幅Ｗは、当該長さＬの１／
２以下である。かかる形状の受光面６０によれば、物体
から射出される光を効率よく受光することができ、測定
装置１の測定感度を向上させることができる。
図を示す。受光面６０が、光照射面５０を中心とする円
Ｃの半径方向Ｘに、光照射面５０より離間して配置され
ている。本実施例では、受光面６０は、該半径方向Ｘに
延びる幅Ｗと該半径方向と直交する接線方向Ｔに延びる
長さＬを有する形状をなし、当該幅Ｗが当該長さＬより
短い。より好ましくは、当該幅Ｗは、当該長さＬの１／
２以下である。かかる形状の受光面６０によれば、物体
から射出される光を効率よく受光することができ、測定
装置１の測定感度を向上させることができる。
【００３８】以下、受光面の幅Ｗと長さＬの好適な比に
ついて、受光素子６がホトダイオード６Ｃからなる場合
を例に具体的に説明する。
ついて、受光素子６がホトダイオード６Ｃからなる場合
を例に具体的に説明する。
【００３９】まず、所定の長さＬ（具体的には１０ｍ
ｍ）と任意の幅ｘを有する長方形状の受光面６０全体に
よって受光しうる光強度は、以下の数式２によって表さ
れる。
ｍ）と任意の幅ｘを有する長方形状の受光面６０全体に
よって受光しうる光強度は、以下の数式２によって表さ
れる。
【００４０】
【数２】 ここで、Ｉ0は、受光面６０のうち光照射面５０に近い
側の辺Ｅ１において捉えられる光強度である。また、該
幅ｘを有する受光面６０のトータルノイズ（内部ノイズ
と外部ノイズとの和）をＮ（ｘ）とすると、受光面６０
の有するＳ／Ｎ比は、以下の数式３によって表される。
側の辺Ｅ１において捉えられる光強度である。また、該
幅ｘを有する受光面６０のトータルノイズ（内部ノイズ
と外部ノイズとの和）をＮ（ｘ）とすると、受光面６０
の有するＳ／Ｎ比は、以下の数式３によって表される。
【００４１】
【数３】
【００４２】ところで、当該トータルノイズは、理論的
には、受光面６０の面積に比例する。したがって、受光
面６０が一定の長さＬを有する長方形であるとすると、
トータルノイズは受光面の幅ｘに比例する。つまり、ト
ータルノイズは、以下の数式４で表され、グラフに示す
と図２のようになる。
には、受光面６０の面積に比例する。したがって、受光
面６０が一定の長さＬを有する長方形であるとすると、
トータルノイズは受光面の幅ｘに比例する。つまり、ト
ータルノイズは、以下の数式４で表され、グラフに示す
と図２のようになる。
【００４３】
【数４】
【００４４】上記数式３と４より、受光面６０のＳ／Ｎ
比の理論値は、近似的に、以下の数式５により表され
る。
比の理論値は、近似的に、以下の数式５により表され
る。
【００４５】
【数５】
【００４６】図３に、この数式５で表される受光面幅ｘ
とＳ／Ｎ比との関係を示す。この図から明かなように、
ｘ＝０の時、Ｓ／Ｎ比は最大となる。換言すれば、理論
的には、受光面６０を幅ｘが０に略近いような細長い形
状とすればＳ／Ｎ比を極めて高くすることができること
がわかる。
とＳ／Ｎ比との関係を示す。この図から明かなように、
ｘ＝０の時、Ｓ／Ｎ比は最大となる。換言すれば、理論
的には、受光面６０を幅ｘが０に略近いような細長い形
状とすればＳ／Ｎ比を極めて高くすることができること
がわかる。
【００４７】しかしながら、本発明者らは、ホトダイオ
ード６Ｃの場合、受光面幅ｘを小さくしていくと、内部
ノイズは実際にはｘに比例してどこまでも小さくなって
いくのではなく、ある点からその減少傾向がにぶくなる
ことを発見した。内部ノイズは、上記数式４で示される
ような一定の比例係数ａで減少しつづけていくのではな
いことを発見したのである。
ード６Ｃの場合、受光面幅ｘを小さくしていくと、内部
ノイズは実際にはｘに比例してどこまでも小さくなって
いくのではなく、ある点からその減少傾向がにぶくなる
ことを発見した。内部ノイズは、上記数式４で示される
ような一定の比例係数ａで減少しつづけていくのではな
いことを発見したのである。
【００４８】かかる内部ノイズの実際の特性を考慮する
と、受光面６０の実際のトータルノイズＮ（ｘ）は、以
下の数式６及び数式７のように近似することができる。
と、受光面６０の実際のトータルノイズＮ（ｘ）は、以
下の数式６及び数式７のように近似することができる。
【００４９】
【数６】
【数７】
【００５０】なお、図４に、かかる数式６及び数式７で
表される受光面幅ｘとトータルノイズＮ（ｘ）との関係
を示す。
表される受光面幅ｘとトータルノイズＮ（ｘ）との関係
を示す。
【００５１】数式３、６、及び７より、受光面６０の実
際のＳ／Ｎ比は、以下の数式８及び数式９によって表さ
れることがわかる。
際のＳ／Ｎ比は、以下の数式８及び数式９によって表さ
れることがわかる。
【００５２】
【数８】
【数９】
【００５３】なお、図５に、かかる数式８及び数式９で
表される受光面幅ｘとＳ／Ｎ比との関係を示す。なお、
この図では、Ｉ0／ａｃ＝１としている。図５より明か
なように、ｘが約３ｍｍの時に、Ｓ／Ｎ比が最大となる
ことがわかる。
表される受光面幅ｘとＳ／Ｎ比との関係を示す。なお、
この図では、Ｉ0／ａｃ＝１としている。図５より明か
なように、ｘが約３ｍｍの時に、Ｓ／Ｎ比が最大となる
ことがわかる。
【００５４】実際のトータルノイズＮ（ｘ）は、数式６
及び数式７で近似して表せるため、例えば、ホトダイオ
ードとして、Ｓｉ・ＰｌＮ−ＰＤを用いた場合には、受
光面幅ｘを２〜３ｍｍとした時に、Ｓ／Ｎ比が略最大と
なる。すなわち、幅ｘ（幅Ｗ）として最も好ましい範囲
は、２ｍｍ以上３ｍｍ以下となる。ここで、長さＬは１
０ｍｍであるので、幅Ｗは長さＬの１／５以上３／１０
以下の範囲にあるのが最も好ましいことがわかる。この
場合、受光面６０の最適な面積は、２０ｍｍ2以上３０
ｍｍ2以下となる。したがって、従来のように一辺が１
０ｍｍの正方形状であった場合の面積（１００ｍｍ2）
に比べ、面積を著しく低減できる。
及び数式７で近似して表せるため、例えば、ホトダイオ
ードとして、Ｓｉ・ＰｌＮ−ＰＤを用いた場合には、受
光面幅ｘを２〜３ｍｍとした時に、Ｓ／Ｎ比が略最大と
なる。すなわち、幅ｘ（幅Ｗ）として最も好ましい範囲
は、２ｍｍ以上３ｍｍ以下となる。ここで、長さＬは１
０ｍｍであるので、幅Ｗは長さＬの１／５以上３／１０
以下の範囲にあるのが最も好ましいことがわかる。この
場合、受光面６０の最適な面積は、２０ｍｍ2以上３０
ｍｍ2以下となる。したがって、従来のように一辺が１
０ｍｍの正方形状であった場合の面積（１００ｍｍ2）
に比べ、面積を著しく低減できる。
【００５５】なお、以上は、受光素子としてホトダイオ
ードを用いた場合を具体的に説明したものであるが、光
学ファイバー束や光電子増倍管等他の種類の受光素子６
についても同様に考えることができ、一般に、受光面６
０の幅Ｗを該長さＬの１／２以下の範囲とすることによ
りＳ／Ｎ比を向上させることができる。
ードを用いた場合を具体的に説明したものであるが、光
学ファイバー束や光電子増倍管等他の種類の受光素子６
についても同様に考えることができ、一般に、受光面６
０の幅Ｗを該長さＬの１／２以下の範囲とすることによ
りＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００５６】以上のように、本発明では受光面６０の幅
Ｗをその長さＬに比して短くしたため、以下のような様
々な優れた効果が得られる。すなわち、かかる形状の受
光面６０によれば、物体から射出される光をより効率よ
く受光することができる。また、受光面６０に対する外
部ノイズや内部ノイズを低減させることができる。した
がって、受光面のＳ／Ｎ比を向上させることができる。
さらに、かかる形状とすれば、受光面６０の面積を著し
く低減させることができるため、受光素子のコストを下
げることもできる。また、光照射点と光射出点の間の距
離も明確となるため、測定結果をより正確に定量化する
ことができる。
Ｗをその長さＬに比して短くしたため、以下のような様
々な優れた効果が得られる。すなわち、かかる形状の受
光面６０によれば、物体から射出される光をより効率よ
く受光することができる。また、受光面６０に対する外
部ノイズや内部ノイズを低減させることができる。した
がって、受光面のＳ／Ｎ比を向上させることができる。
さらに、かかる形状とすれば、受光面６０の面積を著し
く低減させることができるため、受光素子のコストを下
げることもできる。また、光照射点と光射出点の間の距
離も明確となるため、測定結果をより正確に定量化する
ことができる。
【００５７】本発明は、上述した実施例の測定装置に限
定されることなく、本発明の主旨から逸脱することな
く、種々の変更が可能となる。
定されることなく、本発明の主旨から逸脱することな
く、種々の変更が可能となる。
【００５８】例えば、図１は、幅Ｗが長さＬより短いよ
うな長方形状の受光面６０を示しているが、受光面６０
は、幅（短軸）Ｗの方が長さ（長軸）Ｌより短いような
楕円形状としても良い。さらに、図１の受光面６０は長
方形状であるが、辺Ｅ１、Ｅ２を円Ｃの円周に沿った略
円弧状としても良い。
うな長方形状の受光面６０を示しているが、受光面６０
は、幅（短軸）Ｗの方が長さ（長軸）Ｌより短いような
楕円形状としても良い。さらに、図１の受光面６０は長
方形状であるが、辺Ｅ１、Ｅ２を円Ｃの円周に沿った略
円弧状としても良い。
【００５９】また、上記実施例は、図６の（Ｂ）に示さ
れた構成において図７の装着器具１２を採用した脳内血
液酸素モニタリング測定装置に関するものであるが、装
着器具１２はなくてもよい。すなわち、装着器具１２を
使用せずに、光照射用光学ファイバー５と受光素子６を
それぞれ独立的に頭部表面に固着しても良い。また、本
発明は、図６の（Ａ）の構成の脳内血液酸素モニタリン
グ測定装置に適用することもできる。
れた構成において図７の装着器具１２を採用した脳内血
液酸素モニタリング測定装置に関するものであるが、装
着器具１２はなくてもよい。すなわち、装着器具１２を
使用せずに、光照射用光学ファイバー５と受光素子６を
それぞれ独立的に頭部表面に固着しても良い。また、本
発明は、図６の（Ａ）の構成の脳内血液酸素モニタリン
グ測定装置に適用することもできる。
【００６０】さらに、本発明は、図６の（Ａ）や（Ｂ）
に示す脳内血液酸素モニタリング測定装置に限定されな
い。本発明は、物体に光を照射し、そこでの光吸収量を
測定することにより該物体の特性を測定する種々の測定
装置に適用することができる。
に示す脳内血液酸素モニタリング測定装置に限定されな
い。本発明は、物体に光を照射し、そこでの光吸収量を
測定することにより該物体の特性を測定する種々の測定
装置に適用することができる。
【００６１】
【発明の効果】以上詳述したことから明かなように、本
発明の測定装置においては、光照射手段が、その光照射
部にて物体の表面上に光を照射する。該光照射部から物
体の表面上に照射された光は物体内を伝搬して物体の表
面から射出される。該受光手段が、その受光面にてこの
光を受光する。ここで、該受光面は、該光照射部から該
光照射部を中心とする円の半径方向に離間されている。
また、該受光面は、該半径方向に延びる幅と該半径方向
と直交する接線方向に延びる長さを有し、該幅が該長さ
より短い。かかる該受光面によれば、物体内を伝搬して
きた光を効率よく捉えることができる。
発明の測定装置においては、光照射手段が、その光照射
部にて物体の表面上に光を照射する。該光照射部から物
体の表面上に照射された光は物体内を伝搬して物体の表
面から射出される。該受光手段が、その受光面にてこの
光を受光する。ここで、該受光面は、該光照射部から該
光照射部を中心とする円の半径方向に離間されている。
また、該受光面は、該半径方向に延びる幅と該半径方向
と直交する接線方向に延びる長さを有し、該幅が該長さ
より短い。かかる該受光面によれば、物体内を伝搬して
きた光を効率よく捉えることができる。
【図１】本発明の実施例の受光面６０の形状と、該受光
面６０と光照射面５０との位置関係を示す本実施例の要
部説明図である。
面６０と光照射面５０との位置関係を示す本実施例の要
部説明図である。
【図２】本実施例の長方形状受光面６０の幅ｘとトータ
ルノイズＮ（ｘ）の理論値との関係を示すグラフであ
る。
ルノイズＮ（ｘ）の理論値との関係を示すグラフであ
る。
【図３】本実施例の長方形状受光面６０の幅ｘとＳ／Ｎ
比の理論値との関係を示すグラフである。
比の理論値との関係を示すグラフである。
【図４】本実施例の長方形状受光面６０の幅ｘとトータ
ルノイズＮ（ｘ）の実際の値との関係を示すグラフであ
る。
ルノイズＮ（ｘ）の実際の値との関係を示すグラフであ
る。
【図５】本実施例の長方形状受光面６０の幅ｘとＳ／Ｎ
比の実際の値との関係を示すグラフである。
比の実際の値との関係を示すグラフである。
【図６】（Ａ）は、従来の脳内血液酸素モニタリング測
定装置の一例の構成を示す説明図であり、（Ｂ）は、従
来の脳内血液酸素モニタリング測定装置の他の一例の構
成を示す説明図である。
定装置の一例の構成を示す説明図であり、（Ｂ）は、従
来の脳内血液酸素モニタリング測定装置の他の一例の構
成を示す説明図である。
【図７】従来の脳内血液酸素モニタリング測定装置用の
装着器具１２を示す斜視図である。
装着器具１２を示す斜視図である。
【図８】光照射面５０と受光面６０が装着器具１２上に
固定されている状態を示す説明図であって、（Ａ）は受
光面６０が略円形状である場合の状態を示す説明図であ
り、（Ｂ）は受光面６０が略正方形状である場合の状態
を示す説明図である。
固定されている状態を示す説明図であって、（Ａ）は受
光面６０が略円形状である場合の状態を示す説明図であ
り、（Ｂ）は受光面６０が略正方形状である場合の状態
を示す説明図である。
【図９】光照射面５０から頭部４表面に照射された光
が、頭部内を伝搬して、頭部表面に到達する状態を示す
説明図である。
が、頭部内を伝搬して、頭部表面に到達する状態を示す
説明図である。
【図１０】光照射面５０から頭部４表面に照射された光
が頭部内を伝搬し頭部表面に到達して正方形状受光面６
０に捉えられる状態を説明すると共に、受光面６０の位
置とその位置において捉えられる光強度との関係を示す
説明図である。
が頭部内を伝搬し頭部表面に到達して正方形状受光面６
０に捉えられる状態を説明すると共に、受光面６０の位
置とその位置において捉えられる光強度との関係を示す
説明図である。
１ 脳内血液酸素モニタリング測定装置 ５ 光照射用光学ファイバー ５０ 光照射面 ６ 受光素子 ６０ 受光面 ６Ａ 受光用光学ファイバー ６Ｂ 光電子増倍管 ６Ｃ ホトダイオード １２ 装着器具 １３ 保持手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デビッド トーマス デルフィ イギリス国、ダブリューシー１イー ６ジ ェーエー、ロンドン、カパー ストリート 11−20、シロプシアー ハウス ファー スト フロアー、ユニバーシティ カレッ ジ ロンドン、デパートメント オブ メ ディカル フィズィクス アンド バイオ エンジニアリング内
Claims (1)
- 【請求項１】 物体の表面上に光を照射するための光照
射部を有する光照射手段と、該光照射部から物体の表面
上に照射され物体内を伝搬して物体の表面から射出され
る光を受光するための受光面を有する受光手段を備え、
該受光面を該光照射部から該光照射部を中心とする円の
半径方向に離間し、該受光面が該半径方向に延びる幅と
該半径方向と直交する接線方向に延びる長さを有し、該
幅が該長さより短いことを特徴とする、物体中の特性を
測定するための測定装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB93305036.1 | 1993-06-28 | ||
| EP19930305036 EP0631756B1 (en) | 1993-06-28 | 1993-06-28 | Monitoring apparatus |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH078473A true JPH078473A (ja) | 1995-01-13 |
Family
ID=8214450
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6166209A Pending JPH078473A (ja) | 1993-06-28 | 1994-06-24 | 測定装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0631756B1 (ja) |
| JP (1) | JPH078473A (ja) |
| DE (1) | DE69309261T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020199291A (ja) * | 2013-01-22 | 2020-12-17 | イブウォッチ，リミティド ライアビリティ カンパニー | 経皮センサの幾何学的配置 |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7698909B2 (en) | 2002-10-01 | 2010-04-20 | Nellcor Puritan Bennett Llc | Headband with tension indicator |
| EP1549165B8 (en) | 2002-10-01 | 2010-10-06 | Nellcor Puritan Bennett LLC | Use of a headband to indicate tension and system comprising an oximetry sensor and a headband |
| US7047056B2 (en) | 2003-06-25 | 2006-05-16 | Nellcor Puritan Bennett Incorporated | Hat-based oximeter sensor |
| US8412297B2 (en) | 2003-10-01 | 2013-04-02 | Covidien Lp | Forehead sensor placement |
| US8257274B2 (en) | 2008-09-25 | 2012-09-04 | Nellcor Puritan Bennett Llc | Medical sensor and technique for using the same |
| US8515515B2 (en) | 2009-03-25 | 2013-08-20 | Covidien Lp | Medical sensor with compressible light barrier and technique for using the same |
| US8781548B2 (en) | 2009-03-31 | 2014-07-15 | Covidien Lp | Medical sensor with flexible components and technique for using the same |
| CN101991406B (zh) * | 2010-09-21 | 2012-11-14 | 华中科技大学 | 用于活动小动物脑功能成像的头戴式显微装置 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4281645A (en) * | 1977-06-28 | 1981-08-04 | Duke University, Inc. | Method and apparatus for monitoring metabolism in body organs |
| US5217013A (en) * | 1983-10-14 | 1993-06-08 | Somanetics Corporation | Patient sensor for optical cerebral oximeter and the like |
| US5203329A (en) * | 1989-10-05 | 1993-04-20 | Colin Electronics Co., Ltd. | Noninvasive reflectance oximeter sensor providing controlled minimum optical detection depth |
| JPH04106748U (ja) * | 1991-02-28 | 1992-09-14 | 株式会社島津製作所 | 光生体計測装置 |
| EP0527703B1 (de) * | 1991-08-12 | 1995-06-28 | AVL Medical Instruments AG | Einrichtung zur Messung mindestens einer Gassättigung, insbesondere der Sauerstoffsättigung von Blut |
-
1993
- 1993-06-28 DE DE1993609261 patent/DE69309261T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1993-06-28 EP EP19930305036 patent/EP0631756B1/en not_active Expired - Lifetime
-
1994
- 1994-06-24 JP JP6166209A patent/JPH078473A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020199291A (ja) * | 2013-01-22 | 2020-12-17 | イブウォッチ，リミティド ライアビリティ カンパニー | 経皮センサの幾何学的配置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69309261T2 (de) | 1997-07-03 |
| EP0631756B1 (en) | 1997-03-26 |
| EP0631756A1 (en) | 1995-01-04 |
| DE69309261D1 (de) | 1997-04-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10912504B2 (en) | Near-infrared spectroscopy and diffuse correlation spectroscopy device and methods | |
| JP3772189B2 (ja) | 血液酸素飽和度の光学的測定のためのセンサ、その測定方法、及びその測定装置 | |
| JP3625475B2 (ja) | 非侵入的にヘマトクリット値をモニタするシステム | |
| US5800349A (en) | Offset pulse oximeter sensor | |
| WO2005010568A2 (en) | Optical vital signs monitor | |
| JP5710767B2 (ja) | オキシメータを含む意識深度モニタ | |
| US20040116789A1 (en) | Fetal pulse oximetry | |
| JPH04106748U (ja) | 光生体計測装置 | |
| US10925525B2 (en) | Combined pulse oximetry and diffusing wave spectroscopy system and control method therefor | |
| JP2010508056A (ja) | 生物学的パラメータの体内での測定のためのシステム及び方法 | |
| JPH078473A (ja) | 測定装置 | |
| US20240148290A1 (en) | Monitoring apparatus and method | |
| JP4136704B2 (ja) | 光計測装置用のプローブとそれを用いたマルチチャンネル光計測装置 | |
| EP0747002A1 (en) | Non-invasive bilirubin monitor | |
| US20150223736A1 (en) | System & method for determining blood component concentration | |
| RU2040912C1 (ru) | Оптический способ определения оксигенации крови и устройство для его осуществления | |
| EP3228241A1 (en) | Dental probe | |
| JP2008289807A (ja) | 生体表層組織用センシング装置 | |
| JP3524976B2 (ja) | 濃度測定装置 | |
| JP2007167339A (ja) | 歯髄内血液濃度・血流量測定方法及び装置 | |
| RU2770266C2 (ru) | Датчик для оптического церебрального оксиметра, устройство фиксации датчика к голове пациента и способ работы датчика | |
| JP2005013464A (ja) | 生体光計測装置 | |
| JP4356954B2 (ja) | 生体光計測装置 | |
| RU2096985C1 (ru) | Датчик с низким уровнем шума и способ регистрации энергии | |
| JPH10234737A (ja) | 代謝情報測定用プローブ |