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JPH0998972A - Biological optical measurement device and image creation method - Google Patents

Biological optical measurement device and image creation method

Info

Publication number
JPH0998972A
JPH0998972A JP7259796A JP25979695A JPH0998972A JP H0998972 A JPH0998972 A JP H0998972A JP 7259796 A JP7259796 A JP 7259796A JP 25979695 A JP25979695 A JP 25979695A JP H0998972 A JPH0998972 A JP H0998972A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
signal
living body
measurement
time
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
Application number
JP7259796A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Atsushi Maki
敦 牧
Yuichi Yamashita
優一 山下
Hideaki Koizumi
英明 小泉
Fumio Kawaguchi
文男 川口
Yoshitoshi Ito
嘉敏 伊藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP7259796A priority Critical patent/JPH0998972A/en
Publication of JPH0998972A publication Critical patent/JPH0998972A/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/145Measuring 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
    • A61B5/1455Measuring 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
    • A61B5/14551Measuring 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
    • A61B5/14553Measuring 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

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  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
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  • Optics & Photonics (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
  • Measuring And Recording Apparatus For Diagnosis (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【解決手段】 複数の異なる周波数で強調変調された複
数波長の光を、生体表面の複数照射位置より照射し、生
体表面の異なる位置により、各波長及び各照射位置のそ
れぞれに対応する生体通過光強度の時間変化を計測し、
各検出点で検出される複数波長の生体通過光強度から、
生体中の吸収体濃度変化を求め、更に入射点と各検出点
の中点に通る垂線上に計測点を設定することにより、生
体機能を画像化する。 【効果】 光照射手段の被検体への光照射位置及び受光
手段の位置によって、位置情報がほぼ一義的に決定され
るので、画像として表示するための信号処理が簡単かつ
高速に行える。また、受光手段の位置が光照射位置から
10〜50mm程度の近くで、通過光を利用することに
なり、100から200mm程度の生体を透過した光に
比べ約6桁以上の検出強度が充分に得られる。
(57) [Summary] (Modified) SOLUTION: A plurality of wavelengths of light, which are enhanced and modulated at a plurality of different frequencies, are irradiated from a plurality of irradiation positions on the surface of a living body, and each wavelength and each wavelength are changed according to different positions on the surface of the living body. Measures the time change of the light intensity passing through the living body corresponding to each irradiation position,
From the intensities of light passing through the living body of multiple wavelengths detected at each detection point,
The biological function is imaged by obtaining a change in the concentration of the absorber in the living body and setting a measurement point on a perpendicular line passing through the midpoint between the incident point and each detection point. [Effect] Position information is determined almost uniquely by the light irradiation position of the light irradiation unit onto the subject and the position of the light receiving unit, so that signal processing for displaying as an image can be performed easily and at high speed. Further, since the position of the light receiving means is about 10 to 50 mm from the light irradiation position and the passing light is used, the detection intensity of about 6 digits or more is sufficient compared with the light transmitted through the living body of about 100 to 200 mm. can get.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、生体光計測装置及
びその装置における画像作成方法、すなわち、生体内部
の情報を光を用いて測定し、測定結果を画像化する生体
光計測装置及び画像作成方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a living body optical measurement apparatus and an image forming method in the apparatus, that is, a living body light measuring apparatus and image forming apparatus for measuring information inside a living body using light and imaging the measurement result. Regarding the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】生体内部を簡便かつ生体に害を与えずに
測定する装置もしくは方法が臨床医療で望まれている。
この要望に対し、光を用いた計測は非常に有効である。
その第一の理由は、生体内部の酸素代謝機能は生体中の
特定色素(ヘモグロビン、チトクロームaa3、ミオグロ
ビン等)、すなわち、光吸収体の濃度に対応し、この特
定色素濃度は光(可視から近赤外領域の波長)吸収量から
求められるからである。第二の理由は、光は光ファイバ
によって吸いが簡便であるからである。第三の理由は、
光計測は、安全基準の範囲内での使用により生体に害を
与えないことが挙げられる。
2. Description of the Related Art An apparatus or method for simply measuring the inside of a living body without harming the living body is desired in clinical medicine.
For this demand, measurement using light is very effective.
The first reason is that the oxygen metabolism function inside a living body corresponds to the concentration of a specific dye (hemoglobin, cytochrome aa3, myoglobin, etc.) in the living body, that is, the concentration of a light absorber, and this specific dye concentration changes from light (visible to near This is because it is calculated from the absorption amount (wavelength in the infrared region). The second reason is that light can be easily absorbed by an optical fiber. The third reason is
The optical measurement does not harm the living body when used within the range of safety standards.

【0003】このような光を用いた生体計測の利点を利
用して、可視から近赤外の波長の光を生体に照射し、照
射位置から10−50mm程度離れた位置での反射光か
ら生体内部を測定する装置が、例えば、公開特許公報、
特開昭63−277038号、特開平5−300887
号等に記載されている。また、厚さ100−200mm
程度の生体を透過した光から酸素代謝機能のCT画像を
計測する装置すなわち光CT装置が、例えば公開特許公
報、特開昭60−72542号、特開昭62−2316
25号に記載されている。
Utilizing the advantages of living body measurement using such light, the living body is irradiated with light having a wavelength from visible to near infrared, and the living body is detected from reflected light at a position about 10-50 mm away from the irradiation position. A device for measuring the inside is, for example, an open patent publication,
JP-A-63-277038, JP-A-5-300878
No. etc. Also, thickness 100-200mm
A device for measuring a CT image of oxygen metabolism function from light transmitted through a living body, that is, an optical CT device is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open Publication No. 60-72542 and Japanese Patent Publication No. 62-2316.
No. 25.

【0004】従来の生体光計測装置として、動脈中の走
素飽和度を計測するオキシメータ(特開昭55−240
04号)がある。オキシメータは、複数波長の光を生体
に照射し、生体からの透過光強度あるいは反射光強度を
計測し、還元ヘモグロビン(Hb)と酸化ヘモグロビン
(HbO2)の分光特性と脈波を利用して、動脈中の酸素
飽和度を算出する装置である。
As a conventional biological optical measuring device, an oximeter (Japanese Patent Laid-Open No. 55-240) for measuring the saturation of runner in an artery.
04). An oximeter irradiates a living body with light of multiple wavelengths, measures the intensity of transmitted light or reflected light from the living body, and measures reduced hemoglobin (Hb) and oxyhemoglobin.
This is a device for calculating the oxygen saturation in arteries by utilizing the spectral characteristics of (HbO 2 ) and the pulse wave.

【0005】また、生体組織内の酸素飽和度(動脈系と
静脈系の両者を含む平均的な酸素飽和度)及び血液量を
計測する方法として、ヨブシス等の方法(特開昭57−
115232号)がある。この方法はHbとHbO2
分光特性を利用して生体組織内の酸素飽和度と血液量を
計測するものである。
Further, as a method for measuring the oxygen saturation (average oxygen saturation including both arterial system and venous system) and the blood volume in the living tissue, a method such as Yovsis (JP-A-57-
115232). This method utilizes the spectral characteristics of Hb and HbO 2 to measure oxygen saturation and blood volume in living tissue.

【0006】なお、本明細書では、透過光、反射光、散
乱光を特に区別せず、光源から発せられて生体と相互作
用した後、光検出器で検出された光強度を通過光強度と
いう。
In the present specification, transmitted light, reflected light, and scattered light are not particularly distinguished, and the light intensity emitted from a light source and interacting with a living body and then detected by a photodetector is referred to as transmitted light intensity. .

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】[Problems to be Solved by the Invention]

(第1の課題)生体の機能を解析するために、生体に対
して負荷をかけた時の血液動態と無負荷時の血液動態と
の差から、負荷に起因する血液動態の変化を計測する場
合がある。
(First problem) In order to analyze the function of a living body, a change in hemodynamics caused by a load is measured from the difference between the hemodynamics when a load is applied to the living body and the hemodynamics when no load is applied. There are cases.

【0008】無負荷時の血液動態は常に一定ではなく経
時的な変化が存在する。具体例として、安静に仰臥した
被検者の側頭部に光を照射し、光照射位置より3cm離
れた点で通過光強度を計測した際の通過光強度の時間変
化を図1に示す。図1に示されているように、計測系の
揺らぎは0.3%程度にすぎないのに、生体通過光強度
は周期成分を含みながら全体としては不規則に大きく変
動している。この通過光強度の揺らぎは、生体中の血液
動態の変化に由来するものである。
[0008] The hemodynamics at no load is not always constant and changes with time. As a specific example, FIG. 1 shows a change over time in the transmitted light intensity when the transmitted light intensity is measured at a point 3 cm away from the light irradiation position by irradiating light on the temporal region of a subject lying still on his back. As shown in FIG. 1, the fluctuation of the measurement system is only about 0.3%, but the light intensity passing through the living body fluctuates largely as a whole, including the periodic component. This fluctuation of the transmitted light intensity is due to the change of hemodynamics in the living body.

【0009】この様に被検者が安静にしていても、通過
光強度信号に不規則な信号変化が表れるため、計測開始
時の通過光強度を基準値として処理をすると、負荷に起
因する血液動態の変化を計測信号から分離することは困
難である。さらに、このことが原因となり、表示装置に
表示される計測信号あるいは計測信号から演算される血
液動態の時間変化が、生体自身のもつ揺らぎから来る変
動であるのか負荷を加えたことによる変動であるのかを
観察者が判断することができない。従って、従来技術に
よると、計測開始時の通過光強度を基準値として処理し
ていたためこの基準値にするために被検者を安静にし、
信号が安定するまで長時間待たなければ計測ができない
という問題があった。
As described above, even when the subject is at rest, an irregular signal change appears in the transmitted light intensity signal. Therefore, if processing is performed using the transmitted light intensity at the start of measurement as a reference value, blood caused by the load will be lost. It is difficult to separate dynamic changes from measured signals. Further, due to this, the time change of the measurement signal displayed on the display device or the hemodynamics calculated from the measurement signal may be the fluctuation caused by the fluctuation of the living body itself or the fluctuation due to the addition of the load. The observer cannot judge whether or not. Therefore, according to the conventional technique, the intensity of passing light at the start of measurement was processed as a reference value, so that the subject should rest in order to obtain this reference value.
There was a problem that measurement could not be done unless waiting for a long time until the signal became stable.

【0010】(第2の課題)従来ずがい骨の下の大脳皮
質を発生・受光素子とファイバにより光点光測すること
は知られていたが、皮ふ組織や骨組織のような保護組織
におわれている血液状態を像として、すなわち計測点を
複数有し計測することについては何等開示も示唆もなか
った。たとえば局所的に酸素代謝が変化した場合、どの
位置で変化したかを検出することは困難であった。
(Second Problem) Conventionally, it has been known that the cerebral cortex under the anterior bone is generated and spot-photometrically measured by a light receiving element and a fiber, but it is used as a protective tissue such as a skin tissue or a bone tissue. There was no disclosure or suggestion of measuring the covered blood state as an image, that is, having a plurality of measurement points and performing measurement. For example, when the oxygen metabolism locally changes, it is difficult to detect at which position the oxygen metabolism changes.

【0011】光信号を抽出するために計測時間すなわち
計測の積算回数を増加させる必要も生じる。その結果、
計測時間が長くなり、被検体へ精神的負担を与えるだけ
ではなく、装置の稼働効率が低下してしまう。
In order to extract the optical signal, it is necessary to increase the measurement time, that is, the number of times of measurement integration. as a result,
The measurement time becomes long, which not only imposes a mental burden on the subject, but also reduces the operating efficiency of the device.

【0012】本発明は、従来技術のこれらの問題を解決
するものである。
The present invention solves these problems of the prior art.

【0013】(第3の課題)従来技術においては、動脈
中の酸素飽和度あるいは、生体組織内の血液動態を計測
することができる。しかし、従来の技術では、生体の全
体的な変化に由来する血液動態の変化であるか又は生体
の局所的な変化に由来する血液動態の変化であるかが区
別できなかった。
(Third Problem) In the prior art, the oxygen saturation in the artery or the hemodynamics in the living tissue can be measured. However, it has been impossible to distinguish the hemodynamic changes due to the overall change of the living body or the hemodynamic changes due to the local change of the living body by the conventional techniques.

【0014】一方、生体の局所的な変化に由来する血液
動態の変化のみを検出したい場合がある。
On the other hand, there are cases where it is desired to detect only changes in hemodynamics due to local changes in the living body.

【0015】例えば生体の脳では、生体の各機能に対応
して働く局所的な部位(以下、機能部位という)が存在
し、生体の任意の機能に対応して脳における機能部位の
血液量あるいは酸素飽和度が局部的に変化する。この
時、任意の機能部位のみの血液量あるいは酸素飽和度の
変化を局所的に計測することができれば、脳の機能部位
の働きを詳細に調べることができ、医学的に非常に重要
である。
For example, in the brain of a living body, there are local regions (hereinafter referred to as “functional regions”) that work in response to each function of the living body, and the blood volume of the functional region in the brain or the functional region in the brain corresponds to any function of the living body. The oxygen saturation changes locally. At this time, if the change in blood volume or oxygen saturation of only an arbitrary functional site can be locally measured, the function of the functional site of the brain can be examined in detail, which is very important medically.

【0016】例えば図1中の通過光強度の揺らぎは、生
体中の全体的な血液動態信号は揺らぎを伴い局所の血液
動態のみが変化してもその信号は揺ぎの中に埋没するた
め区別することは困難である。
For example, the fluctuation of the intensity of transmitted light in FIG. 1 is distinguished because the whole hemodynamic signal in the living body is fluctuated and only the local hemodynamic changes, because the signal is buried in the fluctuation. Is difficult.

【0017】本発明の目的は以上の課題を解決し、簡易
な検出器を用い、さらに短時間での計測で、生体機能の
状態を画像化する生体計測装置及びその装置を用いて計
測結果を画像化する方法を実現することである。
The object of the present invention is to solve the above problems and to use a simple detector to measure a biological function in a short time and to display a measurement result using the apparatus. It is to realize a method of imaging.

【0018】さらに、本発明は、従来技術では困難であ
った生体内の全体的な血液動態変化から局所的な血液動
態変化を分離区別して計測することを目的とする。
A further object of the present invention is to separate and measure local hemodynamic changes from the overall hemodynamic changes in the body, which was difficult with the prior art.

【0019】[0019]

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

(第1の課題に対して)負荷に起因する血液動態の変化
を計測する場合、生体に負荷を印加しない時間(無負荷
時間)と生体に負荷を印加する時間(負荷時間)を交互
に与えて計測を行なう。ここで、生多光計測装置で計測
される信号(計測信号)をSm(t)、無負荷時の血液動
態の変化に起因する信号(無負荷信号)をSu(t)、加
負荷時の血液動態の変化に起因する信号(負荷信号)を
Sl(t)とすると、計測信号Sm(t)は次の数1で表わ
される。ここでtは計測時間である。
(For the first problem) When measuring changes in hemodynamics due to load, the time during which no load is applied to the living body (no-load time) and the time during which the load is applied to the living body (loading time) are given alternately. Measure. Here, the signal (measurement signal) measured by the raw optical measuring device is Sm (t), the signal (unloaded signal) caused by the change in hemodynamics at no load is Su (t), and the signal at the time of applied load is When the signal (load signal) caused by the change in hemodynamics is Sl (t), the measurement signal Sm (t) is expressed by the following formula 1. Here, t is the measurement time.

【0021】[0021]

【数1】 Sm(t)=Str(t)+Sl(t) 数1 本発明においては、計測信号Sm(t)より、無負荷時間
における信号を抽出して無負荷信号を表わす関数Str
(t)(予測無負荷信号)を予測し、計測信号Smm(t)
と予測無負荷信号Str(t)の差から負荷信号Sl(t)を
求める。さらに、求められた計測信号と予測した無負荷
信号を同時に表示することにより、計測信号の変動が負
荷による変動であるのか、無負荷時の生体由来の揺らぎ
から来るものであるかの判断を容易にする。
## EQU00001 ## Sm (t) = Str (t) + Sl (t) Equation 1 In the present invention, a function Str representing a no-load signal by extracting a signal at no-load time from the measurement signal Sm (t).
(t) (predicted no-load signal) is predicted, and the measurement signal Smm (t)
Then, the load signal Sl (t) is obtained from the difference between the predicted unloaded signal Str (t). Furthermore, by simultaneously displaying the obtained measurement signal and the predicted no-load signal, it is easy to determine whether the change in the measurement signal is due to a load or fluctuation due to a living body at no load. To

【0022】関数Str(t)の決定は、不定係数を有する
任意関数をキーボード等から計算機に入力し、その関数
が無負荷の信号に最適にフィットするように最小二乗法
等で不定係数を決定することにより行うことができる。
また、負荷信号Sl(t)は生体から負荷を除去しても直
ちにゼロにはならないため、負荷時間に続いて所定の緩
和時間を設定し、この緩和的間を含まない無負荷時間の
計測時間を用いて関数Str(t)を決定するようにすれ
ば、より高精度に関数Str(t)を決定することができ
る。
The function Str (t) is determined by inputting an arbitrary function having an indefinite coefficient to a computer from a keyboard or the like, and determining the indefinite coefficient by the least square method or the like so that the function fits an unloaded signal optimally. This can be done by
Further, since the load signal Sl (t) does not immediately become zero even if the load is removed from the living body, a predetermined relaxation time is set after the load time, and the measurement time of the no-load time does not include this relaxation time. If the function Str (t) is determined by using, the function Str (t) can be determined with higher accuracy.

【0023】前記関数Str(t)は、複数の負荷時間、例
えば全計測時間を1つの関数でカバーするように決定す
ることもできるし、各負荷時間のみをカバーするように
個々の負荷時間毎に決定することもできる。個々の負荷
時間の前後の計測信号Sm(t)を用いて各負荷時間に対
して関数Str(t)を求める方法によると高い予測精度が
得られる。
The function Str (t) can be determined so that a plurality of load times, for example, the entire measurement time is covered by one function, or each load time is covered so as to cover only each load time. You can also decide. According to the method of obtaining the function Str (t) for each load time by using the measurement signals Sm (t) before and after each load time, high prediction accuracy can be obtained.

【0024】(第2の課題に対して)上記目的を達成す
るため、本発明の生体計測装置は、被検体に可視から近
赤外領域の波長の光を照射する複数の光照射器と、上記
光照射器から照射され、被検体内部で通過された光を検
出する複数の受光器と、上記受光器で検出された信号を
複数の受光器毎にかつ経時的に記憶するメモリと、上記
メモリに記憶された信号を用いて複数の計測点の計測対
象の信号に変換する演算器と、上記演算器の出力推定測
定点の測定位置での信号を演算して求め二次元表示面に
強度信号として表す画像として表示する画像作成部を設
けた。特に、上記複数の光照射器のそれぞれは波長のこ
となる複数の光源と、上記複数の光源の光を互いに異な
った周波数で変調する変調器と、変調された複数の光を
照射位置に導く導波器とからなり、上記複数の受光器の
それ溝側は上記波長の異なる複数の光源からの光の強度
を分離する分離器をもつ。
In order to achieve the above object (for the second problem), the biological measuring apparatus of the present invention comprises a plurality of light irradiators for irradiating a subject with light having a wavelength in the visible to near infrared region. A plurality of light receivers that are irradiated from the light irradiator and detect light that has passed through the inside of the subject, and a memory that stores the signals detected by the light receivers for each of the plurality of light receivers and with time, An arithmetic unit that converts signals to be measured at multiple measurement points using the signals stored in the memory, and the output of the arithmetic unit is calculated by calculating the signal at the measurement position of the measurement point. Strength on the two-dimensional display surface An image creating unit for displaying as an image represented as a signal is provided. In particular, each of the plurality of light irradiators has a plurality of light sources with different wavelengths, a modulator that modulates the light of the plurality of light sources at frequencies different from each other, and a guide that guides the plurality of modulated lights to an irradiation position. And a separator for separating the intensities of the light from the light sources having different wavelengths on the groove side of the plurality of light receivers.

【0025】推定計測位置とは、光照射器と受光器との
中間部に存在するもので、より具体的に説明すると厳密
な推定計測位置とは、光照射器によって照射された生体
表面位置から垂体の受光表面位置までの中間部位となる
ものである。しかし、ここでの光照射器と受光器とは距
離が接近しているため、実質的にはこの光照射器の中心
と受光器との間の距離の中間に置きかえても特に問題と
ならない。更に、この中間位置を求める1つの方法とし
て生体に光照射器から光を照射し、光照射器と対称に位
置に配置された2つの受光器で信号を検出する。その信
号の差分信号をとり、差分信号と力が零レベルになるよ
うに2つの受光器を調整して受光器の位置決めを行って
得られた受光器の位置と光照射器との中間位置が推定計
測位置として求めることができる。
The estimated measurement position is present in the intermediate portion between the light irradiator and the light receiver, and more specifically, the strict estimated measurement position is the position of the living body surface irradiated by the light irradiator. It is an intermediate part up to the light receiving surface position of the pit. However, since the distance between the light irradiator and the light receiver is close to each other, there is no particular problem even if the light irradiator and the light receiver are replaced in the middle of the distance between the center of the light irradiator and the light receiver. Furthermore, as one method for obtaining the intermediate position, light is irradiated from a light irradiator to a living body, and a signal is detected by two light receivers arranged symmetrically with the light irradiator. The difference signal of the signal is taken, the two light receivers are adjusted so that the force of the difference signal and the force become zero level, and the position of the light receiver obtained by positioning the light receiver and the intermediate position between the light irradiator It can be obtained as an estimated measurement position.

【0026】前述の記載を整理すれば、上記生体計測装
置を用いて、生体内部の機能を計測する場合、上記複数
の光照射手段の光照射位置を被検体の測定部に分布して
配置し、かつ分布して配置された光照射位置のそれぞれ
の周辺部に上記複数の受光手段の受光部を複数個配置
し、上記複数の受光手段で検出された光信号を上記光の
照射位置と検出位置との中点で、かつ生体表面に対する
生体内部への垂線上の任意の信号を推定計測点として設
定する。何故なら、光照射位置から照射された後検出位
置に到達する光密度の空間特性は、表面近傍においては
表面より散逸する光があるため、照射位置及び検出位置
の真下の密度が高いが、光照射位置と検出位置との間の
距離と生体の光散乱特性とにより決定される任意の深さ
を越えると、照射位置と検出位置との中間位置でも最も
密度が高くなるため、結果的にこの中間位置での感度が
最も高くなるからである。上記推定計測点及び上記計測
点に対応した検出された光信号強度を2次元画像上に表
示する。また、トポグラフィ画像として表示する場合
に、測定されていない位置の信号を上記推定計測点の補
間信号によって得るようにしてもよい。
To summarize the above description, when the function inside the living body is measured using the living body measuring apparatus, the light irradiation positions of the plurality of light irradiating means are distributed and arranged in the measuring part of the subject. , And a plurality of light receiving portions of the plurality of light receiving means are arranged around each of the light irradiation positions arranged in a distributed manner, and an optical signal detected by the plurality of light receiving means is detected as the light irradiation position. An arbitrary signal at the midpoint between the position and the perpendicular to the inside of the living body with respect to the living body surface is set as the estimated measurement point. This is because the spatial characteristics of the light density that reaches the detection position after being irradiated from the light irradiation position are high in the density immediately below the irradiation position and the detection position because there is light that is scattered from the surface near the surface. If the depth exceeds an arbitrary depth determined by the distance between the irradiation position and the detection position and the light scattering characteristics of the living body, the density becomes highest even at the intermediate position between the irradiation position and the detection position. This is because the sensitivity is highest at the intermediate position. The estimated measurement point and the detected optical signal intensity corresponding to the measurement point are displayed on the two-dimensional image. Further, when displaying as a topography image, a signal at a position that is not measured may be obtained by an interpolation signal of the estimated measurement point.

【0027】上記被体が生体である場合、上記照射位置
と検出位置との距離は10から50mm程度が望まし
い。ここでの最大距離を決める要因は輝時光の強度と生
体での減衰に関って決まる。
When the subject is a living body, the distance between the irradiation position and the detection position is preferably about 10 to 50 mm. The factor that determines the maximum distance here is determined by the intensity of bright light and the attenuation in the living body.

【0028】(第3の課題に対して)本発明は、生体に
対して任意の1箇所もしくは複数箇所から光を照射し、
局所的な変化が信号の変化として計測される検出位置と
局所的な変化が信号の変化として計測されない検出位置
の2箇所を光照射位置から実質的等距離となるように設
定し、それぞれの検出位置において通過光強度を検出
し、前記2箇所間の通過光強度の差分をとることによ
り、共通に変動する生体ゆらぎ成分を除去できて片側受
光器の微少な変化を感度よく検出できることを特徴とす
る。上記2箇所の検出位置が見出せない場合は、光照射
位置を変位せしめ検出位置を見出すことが出来る。すな
わち聴心器のように所望計測位置を探すことができる。
The present invention (for the third problem) irradiates a living body with light from any one or a plurality of locations,
Two positions, a detection position where a local change is measured as a signal change and a detection position where a local change is not measured as a signal change, are set to be substantially equidistant from the light irradiation position, and the respective detections are performed. By detecting the passing light intensity at a position and taking the difference between the passing light intensities between the two locations, it is possible to remove a commonly fluctuating biological fluctuation component, and it is possible to detect minute changes in the one-side optical receiver with high sensitivity. To do. If the two detection positions cannot be found, the light irradiation position can be displaced to find the detection position. That is, it is possible to search for a desired measurement position as with a listening device.

【0029】好適には、入射位置から等距離でかつ位置
の異なる2箇所の検出位置で通過光を受光し、それぞれ
の検出位置における通過光強度をフォトダイオードや光
電子増倍管等の光電変換素子を用いて電気信号(以下、
通過光強度を意味する電気信号を通過光強度信号とい
う)に変換し、各通過光信号強度を対数増幅器で対数変
換した後に、第1の検出位置における通過光強度信号と
第2の検出位置に真過刑通過光強度信号を差動増幅によ
り、増幅し検出する。
Preferably, passing light is received at two detection positions that are equidistant from the incident position and different in position, and the intensity of the passing light at each detection position is a photoelectric conversion element such as a photodiode or a photomultiplier tube. Electrical signal (hereinafter,
After converting the electric signal that means the passing light intensity into a passing light intensity signal) and logarithmically converting each passing light signal intensity by a logarithmic amplifier, the passing light intensity signal at the first detection position and the second detection position are obtained. The light intensity signal passing through the punishment is amplified and detected by differential amplification.

【0030】光源から発せられる光を強度変調し、検出
信号のうちその周波数成分のみを抽出することで、外来
起因の雑音を除去することができる。
The intensity of the light emitted from the light source is modulated and only the frequency component of the detection signal is extracted, so that the noise caused by the outside can be removed.

【0031】光源と光照射位置、光検出位置と光検出器
の間は光ファイバーで接続することができる。
An optical fiber can be connected between the light source and the light irradiation position and between the light detection position and the light detector.

【0032】本発明は計測の位置の情報は光照射手段の
被検体への光照射位置及び受光手段の位置によってほぼ
一義的に決定されるので、画像として表示するための信
号処理が簡単かつ高速に行える。また、受光手段の位置
が光照射位置から10〜50mm程度の近くで、通過光
を利用することになり、100から200mm程度の生
体を透過した光に比べ約6桁以上の検出強度が充分に得
られる。そのため、簡易な光検出器で、かつ、短い時間
での計測が可能となる。
According to the present invention, since the information of the measurement position is determined almost uniquely by the light irradiation position of the light irradiation means on the object and the position of the light receiving means, the signal processing for displaying as an image is simple and high speed. You can do it. Further, since the position of the light receiving means is about 10 to 50 mm from the light irradiation position and the passing light is used, the detection intensity of about 6 digits or more is sufficient compared with the light transmitted through the living body of about 100 to 200 mm. can get. Therefore, it becomes possible to measure with a simple photodetector in a short time.

【0033】例えば、計測対象(被検体)を頭部として
場合、照射位置と検出位置が距離が少なくとも30mm
であれば、検出光は皮膚及び頭蓋骨を通過して脳の表面
部、すなわち大脳皮質に到達していることが知られてい
ることが、例えば、パトリック・ダブリュ・マコーミッ
ク(Patric W. McCormic)他による「赤外光の大学内浸
透(Intracerebral penetration of infrared ligh
t)」,1992年2月発行のジャーナルオブニューロサ
ージェリ、第76巻、第315−318項(J Neurosur
g., 76,315 (1992))により報告されている。また、照射
及び検出位置の中点から生体表面に対する生体内部への
垂線上の位置での情報が、このような位置で検出された
光には最も多く含まれていることが、生体中の光伝播特
性から知られている。この特性として例えば、シェカオ
・フェン(Shechao Feng)他による「多重散乱媒体中で
の光子移動路分布のモンテカルロシミュレーション(Mo
nte Carlo simulation of photon path distribution i
n multiple scattering media)」、1993年エス・ピ
ィ・アイ・イー発行の会議録第1888巻、ランダム媒
体及び生体組織における光子移動と画像、第78−89
項(SPIE, Proceedingsof photon migration and imagi
ng in random media and tissues, 1888, 78(1993))に
より報告されている。
For example, when the measurement target (subject) is the head, the distance between the irradiation position and the detection position is at least 30 mm.
Then, it is known that the detected light passes through the skin and the skull to reach the surface part of the brain, that is, the cerebral cortex, for example, by Patrick W. McCormic et al. `` Intracerebral penetration of infrared ligh
t) ”, Journal of Neurosurgery, Vol. 76, paragraphs 315-318, published February 1992 (J Neurosur
g., 76,315 (1992)). In addition, the information in the position on the normal line from the midpoint of the irradiation and detection position to the inside of the living body relative to the surface of the living body contains the most information in the light detected at such a position. It is known for its propagation characteristics. This characteristic is described, for example, by Shechao Feng et al. In “Monte Carlo simulation of the distribution of photon migration paths in multiple scattering media (Mo
nte Carlo simulation of photon path distribution i
n multiple scattering media) ", Proceedings of Spiai Ie, 1993, Volume 1888, Photon migration and images in random media and living tissues, 78-89.
(SPIE, Proceedingsof photon migration and imagi
ng in random media and tissues, 1888, 78 (1993)).

【0034】本発明の生体光計測装置では、多数位置の
測定を行うには、多数の光照射手段と受光手段を必要と
するが、後述の実施例に示すように、部分的位置の測定
には、効果があり、複数の計測点に対して得られた計測
結果を、各計測点ごとに補間する簡単な演算処理で高速
に画像が得られる。
In the living body optical measurement system of the present invention, a large number of light irradiation means and a large number of light receiving means are required to measure a large number of positions, but as shown in the examples described later, it is possible to measure a partial position. Is effective, and an image can be obtained at high speed by a simple calculation process of interpolating the measurement results obtained for a plurality of measurement points for each measurement point.

【0035】[0035]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

(実施例1)以下、本発明の実施例について説明する。 Embodiment 1 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described.

【0036】図2は、本発明による生体光計測装置の一
実施例の構成を示す。本実施例は、生体光計測装置を、
脳機能に伴う血液動態変化(酸化及び還元ヘモグロビン
濃度の相対変化量)の計測に適用した例である。脳の特
定部位は生体の特定機能(例えば指等身体の一部を動か
す等)の制御に関連しており、その特定機能を動作する
ことで、脳の特定部位の血液動態が変化する。上記特定
機能が動くような負荷、例えば、指を動かす等を加え、
血液動態変化を計測し、脳の部位を表す2次平面画像に
等高線図として表示することが本実施例の1つとして生
体光計測装置を用いて行うこともできる。
FIG. 2 shows the configuration of an embodiment of the biological light measuring device according to the present invention. In this embodiment, the biological optical measurement device is
This is an example applied to measurement of hemodynamic changes (relative changes in oxygenated and reduced hemoglobin concentrations) associated with brain function. The specific part of the brain is related to the control of a specific function of the living body (for example, moving a part of the body such as a finger), and by operating the specific function, the hemodynamics of the specific part of the brain are changed. Add a load that moves the above specific function, for example, move your finger,
It is also possible to measure a hemodynamic change and display it as a contour map on a secondary plane image representing a brain region by using a biological optical measurement device as one of the present embodiments.

【0037】図2に示すように、本実施例は、波長の異
なる複数の光源2a〜2d(光源2aと2c及び光源2
bと2dはそれぞれ可視から近赤外領域の同波長)と、
上記複数の光源2a及び2b(2c及び2c)の光をそ
れぞれ互いに異なった周波数の発振器1a及び1b(1
c及び1d)で強度変調する変調器と、強度変調された
光をそれぞれ光ファイバー3a及び3b(32c及び3
c)を通して結合する結合器4a(4b)からの光を光
ファイバー5a(5b)を介して被検体である被検者6
の頭皮上の異なる位置に照射する複数の光照射手段と、
上記複数の光照射手段の光照射位置の近くに上記光照射
位置から等距離(ここでは30mmとする)の位置に先
端が位置するように複数の光検出用光ファイバー7a〜
7d及び光検出用光ファイバー7a〜7dのそれぞれに
設けられた光検出器8a〜8fからなる複数の受光手段
とが設けられている。6本の光検出用光ファイバー7a
〜7fで、生体通過光を光ファイバーに集光し、それぞ
れ光検出器8a〜8fで生体通過光が光電変換される。
上記受光手段は被検体内部で反射された光を検出し電気
信号に変換するもので、光検出器8としては光電子増幅
倍管やフォトダイオードに代表される光電変換素子を用
いる。
As shown in FIG. 2, in this embodiment, a plurality of light sources 2a to 2d having different wavelengths (light sources 2a and 2c and light source 2) are used.
b and 2d are the same wavelengths in the visible to near infrared region, respectively,
The light from the plurality of light sources 2a and 2b (2c and 2c) is generated by oscillators 1a and 1b (1
c and 1d), and the optical fibers 3a and 3b (32c and 3b) for the intensity-modulated light, respectively.
The light from the coupler 4a (4b) that is coupled through c) is passed through the optical fiber 5a (5b) and the subject 6 is the subject.
A plurality of light irradiation means for irradiating different positions on the scalp of
The plurality of light detecting optical fibers 7a to 7a to 7a to 7n so that the tips are located at positions equidistant (here, 30 mm) from the light irradiation positions near the light irradiation positions of the plurality of light irradiation means.
7d and a plurality of light receiving means composed of photodetectors 8a to 8f provided on each of the optical fibers for light detection 7a to 7d. 6 optical fibers for light detection 7a
At ~ 7f, the light passing through the living body is condensed on an optical fiber, and the light passing through the living body is photoelectrically converted by photodetectors 8a to 8f.
The light receiving means detects the light reflected inside the subject and converts it into an electric signal, and as the photodetector 8, a photoelectric conversion element represented by a photoelectron multiplier and a photodiode is used.

【0038】光検出器8a〜8fで光電変換された生体
通過光強度を表わす電気信号(以下、生体通過光強度信
号とする)は、それぞれロックインアンプ9a〜9hに
入力される。ここで、光検出器8c及び8dは、光ファ
イバー5a及び5bの両方から等距離にある光検出光フ
ァイバー7c及び7dで集光される生体通過光強度を検
出しているため、光検出器8c及び8dからの信号を2
系統に分離し、ロックインアンプ9cと9e及び9dと
9fに入力される。ロックインアンプ9a〜9dには発
振器1a及び1b、そして、ロックインアンプ9e〜9
hには発振器1c及び1dからの強度変調周波数が参照
周波数として入力されている。従って、ロックインアン
プ9a〜9dからは光源2a及び2bに対する生体通過
光強度信号が分離されて出力され、ロックインアンプ9
e〜9hから光源2c及び2dに対する生体通過光強度
信号が分離されて出力される。
The electric signals (hereinafter referred to as living body passing light intensity signals) representing the living body passing light intensity photoelectrically converted by the photodetectors 8a to 8f are input to lock-in amplifiers 9a to 9h, respectively. Here, since the photodetectors 8c and 8d detect the in-vivo light intensity collected by the photodetection optical fibers 7c and 7d equidistant from both the optical fibers 5a and 5b, the photodetectors 8c and 8d are detected. Signal from 2
The system is separated and input to the lock-in amplifiers 9c and 9e and 9d and 9f. The lock-in amplifiers 9a to 9d include oscillators 1a and 1b, and lock-in amplifiers 9e to 9d.
The intensity modulation frequency from the oscillators 1c and 1d is input to h as a reference frequency. Therefore, the living body passing light intensity signals for the light sources 2a and 2b are separated and output from the lock-in amplifiers 9a to 9d.
The living body passing light intensity signals for the light sources 2c and 2d are separated and output from e to 9h.

【0039】等高線表示の一例としては、ロックインア
ンプ9e〜9hの出力である分離された各波長毎の通過
光強度信号をアナログ−デジタル変換器10でアナログ
−デジタル変換した後に、計算機11の内部又は計算機
11の外部にある記憶装置12に格納する。計測中ある
いは終了後、計算機11は上記記憶装置に記憶された通
過光強度信号を使用して、各検出点の検出信号から求め
られる酸化及び還元ヘモグロビン濃度の相対変化量を演
算し、複数の計測点mの経時情報として記憶装置12に
格納する。上記演算については後で詳しく説明する。計
算機11は上記記憶手段12に記憶された信号をCRT
等の表示装置13の表示信号に変換し、表示装置13に
表示する。上記表示信号は測定位置を被検体の表示平面
の座標に変換し、その座標位置の強度信号(酸化又は還
元ヘモグロビン濃度の相対変化量)等高線表示する信号
とする。
As an example of the contour line display, after the separated passing light intensity signals for each wavelength which are the outputs of the lock-in amplifiers 9e to 9h are analog-digital converted by the analog-digital converter 10, the inside of the computer 11 is shown. Alternatively, it is stored in the storage device 12 outside the computer 11. During or after the measurement, the calculator 11 uses the transmitted light intensity signal stored in the storage device to calculate the relative change amount of the oxyhemoglobin concentration and the reduced hemoglobin concentration obtained from the detection signal at each detection point, and the plurality of measurements are performed. It is stored in the storage device 12 as temporal information of the point m. The above calculation will be described later in detail. The computer 11 outputs the signal stored in the storage means 12 to the CRT.
Etc. are converted into display signals of the display device 13 and displayed on the display device 13. The display signal is a signal for converting the measurement position into coordinates on the display plane of the subject and displaying the intensity signal (relative change amount of oxidative or reduced hemoglobin concentration) of the coordinate position by contour lines.

【0040】本実施例による生体光計測装置を用いるこ
とで、生体中の酸化及び還元ヘモグロビン濃度の相対変
化量を簡易かつ高速に計測することができる。光入射点
(光照射位置)及び光検出点を増やす構成は、光源の強
度変調周波数及び光源及び光検出器及びロックインアン
プを増やせば良いので拡張は容易である。本生体光計測
装置を用いると、分光及び光照射位置は強度変調周波数
で分離することが可能であるため、光照射位置を増加し
た場合でも、各光照射位置での照射光の波長数が計測さ
れる吸収体数と同数あれば良く、特に光照射位置毎に照
射光の波長を換える必要はない。従って、用いる照射光
の波長数が少なく、波長によって異なる散乱の影響によ
る誤差を小さくすることができる。
By using the biological light measuring device according to the present embodiment, the relative change amount of the oxygenated and reduced hemoglobin concentrations in the living body can be measured easily and at high speed. The configuration for increasing the number of light incident points (light irradiation positions) and the number of light detection points can be easily expanded because it is sufficient to increase the intensity modulation frequency of the light source, the light source, the light detector, and the lock-in amplifier. With this biological light measurement device, the spectral and light irradiation positions can be separated by the intensity modulation frequency, so even if the light irradiation positions are increased, the number of wavelengths of irradiation light at each light irradiation position can be measured. It suffices that the number is the same as the number of absorbers to be used, and it is not particularly necessary to change the wavelength of irradiation light for each light irradiation position. Therefore, the number of wavelengths of the irradiation light used is small, and the error due to the influence of scattering that differs depending on the wavelength can be reduced.

【0041】図3は、生体光計測装置を使用した本発明
による画像作成方法の一実施例を特明するための図で、
上記方法における光入射点、光検出点及び計測点の関係
を示す。本実施例の画像作成方法は、被検者の頭部にお
ける酸化及び還元ヘモグロビン濃度の相対変化量の画像
を作成する方法で、被検者の右手指の運動機能に関与し
ている左側頭部に各4点の入射及び検出点を設けて生体
通過光強度を計測し、右手指の運動と左手指の運動を負
荷として与えた場合の測定結果を画像化する方法であ
る。
FIG. 3 is a diagram for clarifying one embodiment of the image creating method according to the present invention using the biological light measuring device.
The relationship between the light incident point, the light detection point, and the measurement point in the above method is shown. The image creating method of the present example is a method of creating an image of the relative change amount of the oxyhemoglobin concentration and the reduced hemoglobin concentration in the head of the subject, and the left head part involved in the motor function of the right finger of the subject. This is a method in which each of the four incident and detection points is provided to measure the light intensity passing through the living body, and the measurement result when the motion of the right hand finger and the motion of the left hand finger are applied as a load is imaged.

【0042】図3に示すように、被検者16の左側頭部
に光入射点17a〜17dと検出点18a〜18dを配
置した。ここで、各光入射点と各検出点の対応関係は、
17a−18a、17a−18b、17b−18a、1
7b−18b、17b−18c、17b−18d、17
c−18b、17c−18c、17d−18c、17d
−18dの10組ある。また、各対応する光入射点と検
出池の距離は30mmである。さらに、各検出点の計測
信号から求められる酸化及び還元ヘモグロビン濃度の相
対変化量の時間変化は、前記シェカオ・フェン(Shechao
Feng)他による「多重散乱媒体中での光子移動路分布の
モンテカルロシミュレーション(Monte Carlo simulatio
n of photon path distribution in multiple scatteri
ng media)」、に記載されているように、各対応する入
射点と検出点の中間の情報を最も多く反映しているの
で、推定計測点19a〜19jを各入射点と検出点の対
応関係の中心に設定する。推定計測点19a〜19jの
情報を求め、その情報も大きさを図3に示すような二次
元平面に等高線、濃淡、色識別図として表示する。
As shown in FIG. 3, light incident points 17a to 17d and detection points 18a to 18d are arranged on the left side of the head of the subject 16. Here, the correspondence between each light incident point and each detection point is
17a-18a, 17a-18b, 17b-18a, 1
7b-18b, 17b-18c, 17b-18d, 17
c-18b, 17c-18c, 17d-18c, 17d
There are 10 sets of -18d. The distance between each corresponding light incident point and the detection pond is 30 mm. Further, the time change of the relative change amount of the oxidized and reduced hemoglobin concentration obtained from the measurement signal at each detection point is
Feng et al., "Monte Carlo simulatio of photon migration path distributions in multiple scattering media.
n of photon path distribution in multiple scatteri
ng media) ”, most of the information between the corresponding incident points and detection points is reflected, so the estimated measurement points 19a to 19j correspond to the incident points and detection points. Set to the center of. Information on the estimated measurement points 19a to 19j is obtained, and the size of the information is also displayed on the two-dimensional plane as shown in FIG. 3 as contour lines, shades, and color identification charts.

【0043】次に、本発明による上記各光検出点におけ
る計測信号から各ヘモグロビン濃度の相対変化量、すな
わち生体の特定機能(例えば指等身体の一部を動かす
等)が動作することによる脳の特定部位のヘモグロビン
濃度の変化を求める方法の一実施例について説明する。
Next, the relative change amount of each hemoglobin concentration from the measurement signal at each of the light detection points according to the present invention, that is, the specific function of the living body (for example, moving a part of the body such as a finger) of the brain operates. An example of a method for obtaining a change in hemoglobin concentration at a specific site will be described.

【0044】図4は、図3の上記実施例における生体光
計測装置の検出点18a〜18dの1つの点における計
測信号14と計測信号14から求められる予測無負荷信
号15の経時変化を表すグラフである。グラフの横軸は
計測時間を表わし、縦軸は相対濃度変化量を表わしてい
る。予測無負荷信号15は、計測信号14から、負荷を
与えた時間(酬荷時間)Ttと負荷後信号が元に戻るま
での時間(緩和時間)T2における信号を除き、負荷前
時間T1と負荷後時間T3における計測信号14に対し
て任意関数を最小二乗法を用いてフィッティングし求た
ものである。本実施例では、任意関数を2次の線形多項
式、各時間はT1=40秒,T2=30秒,Tt=30
秒,T3=30秒として処理している。
FIG. 4 is a graph showing changes with time of the measurement signal 14 and the predicted no-load signal 15 obtained from the measurement signal 14 at one of the detection points 18a to 18d of the living body optical measurement system in the above embodiment of FIG. Is. The horizontal axis of the graph represents the measurement time, and the vertical axis represents the relative concentration change amount. The predicted no-load signal 15 includes the pre-load time T1 and the load except the signals from the measurement signal 14 at the load application time (completion time) Tt and the post-load signal return time (relaxation time) T2. This is obtained by fitting an arbitrary function to the measurement signal 14 at the subsequent time T3 using the least square method. In this embodiment, the arbitrary function is a quadratic linear polynomial, and each time is T1 = 40 seconds, T2 = 30 seconds, Tt = 30.
Seconds, T3 = 30 seconds.

【0045】図5は、1つの計測点における酸化及び還
元ヘモグロビンの濃度の相対変化量(以下、それぞれΔ
Coxy(t)信号20及びΔCdeoxy(t)信号
21とする)の時間変化を表わすグラフである。グラフ
の横軸は計測時間を表わし、縦軸は相対濃度変化量を表
わしている。また、斜線で示した時間が負荷印加時間
(右手指の運動期間)である。上記相対変化量は図4に
表示される2波長の計測信号14と予測無負荷信号15
から、酸化及び還元ヘモグロビン(HbO2,Hb)の
濃度の負荷印加による相対変化量を以下の演算処理で求
める。
FIG. 5 shows the relative changes in the concentrations of oxyhemoglobin and deoxyhemoglobin at one measurement point (hereinafter, Δ
6 is a graph showing a temporal change of Coxy (t) signal 20 and ΔCdeoxy (t) signal 21. The horizontal axis of the graph represents the measurement time, and the vertical axis represents the relative concentration change amount. The time indicated by the diagonal lines is the load application time (movement period of the right finger). The relative change amount is the two-wavelength measurement signal 14 and the predicted no-load signal 15 shown in FIG.
From the above, the relative change amount of the concentration of oxidized and reduced hemoglobin (HbO 2 , Hb) due to the load application is obtained by the following arithmetic processing.

【0046】波長λにおける予測無負荷信号Str
(λ,t)と光源強度Io(λ)の関係は、生体中での
光減衰を散乱と吸収に分離することで、以下の数2で示
される。
Predicted no-load signal Str at wavelength λ
The relationship between (λ, t) and the light source intensity Io (λ) is expressed by the following mathematical expression 2 by separating light attenuation in the living body into scattering and absorption.

【0047】[0047]

【数2】 −Ln{Str(λ,t)/I0(λ)} =εoxy(λ)・Coxy(t)・d+εdeoxy(λ)・Cdeoxy(t)・d+A(λ)+S(λ)…数2 ここで、 εoxy(λ):波長λにおける酸化ヘモグロビンの吸収係
数 εdeoxy(λ):波長λにおける還元ヘモグロビンの吸光
係数 A(λ):波長λにおけるヘモグロビン以外による吸収に
よる減衰 S(λ):波長λにおける散乱による減衰 Coxy(t):計測時間tにおける酸化ヘモグロビン濃度 Cdeoxy(t):計測時間tにおける還元ヘモグロビン濃度 d:生体内での(注目領域における)実効的光路長 である。
-Ln {Str (λ, t) / I0 (λ)} = εoxy (λ) · Coxy (t) · d + εdeoxy (λ) · Cdeoxy (t) · d + A (λ) + S (λ) ... number 2 where εoxy (λ): absorption coefficient of oxyhemoglobin at wavelength λ εdeoxy (λ): absorption coefficient of reduced hemoglobin at wavelength λ A (λ): attenuation due to absorption other than hemoglobin at wavelength λ S (λ): wavelength Attenuation due to scattering at λ Coxy (t): Oxyhemoglobin concentration at measurement time t Cdeoxy (t): Reduced hemoglobin concentration at measurement time t d: Effective optical path length in the living body (at the region of interest).

【0048】また、計測信号Sm(λ,t)と光源強度
I0(λ)の関係は、以下の数3で示される。
The relationship between the measurement signal Sm (λ, t) and the light source intensity I0 (λ) is expressed by the following mathematical expression 3.

【0049】[0049]

【数3】 −Ln{Sm(λ,t)/I0(λ)} =εoxy(λ)・{Coxy(t)+C′oxy(t)+Noxy(t)}・d +εdeoxy(λ)・{Cdeoxy(t)+C′deoxy(t)+Ndeoxy(t)}・d+A′(λ)+S′(λ)… 数3 ここで、 C′oxy(t):計測時間tにおける負荷印加による酸化ヘ
モグロビン濃度の変化 C′deoxy(t):計測時間tにおける負荷印加による還元
ヘモグロビン濃度の変化 Noxy(t):雑音又は計測時間tにおける酸化ヘモグロビ
ン濃度の高周波揺らぎ Ndeoxy(t):雑音又は計測時間tにおける還元ヘモグロ
ビン濃度の高周波揺らぎここでは、A(λ)及びS(λ)
が負荷を印加した状態と印加しない状態で変化しないと
すれば、すなわち、負荷により生じる計測信号変化は酸
化及び還元ヘモグロビン濃度の変化のみによるとすれ
ば、数2及び数3の差分は以下数4で示される。
-Ln {Sm (λ, t) / I0 (λ)} = εoxy (λ) · {Coxy (t) + C′oxy (t) + Noxy (t)} · d + εdeoxy (λ) · {Cdeoxy (t) + C′deoxy (t) + Ndeoxy (t)} · d + A ′ (λ) + S ′ (λ) ... where C′oxy (t) is the change in oxygenated hemoglobin concentration due to load application at the measurement time t. C'deoxy (t): Change in reduced hemoglobin concentration due to load application at measurement time t Noxy (t): Noise or high-frequency fluctuation of oxyhemoglobin concentration at measurement time t Ndeoxy (t): Noise or reduced hemoglobin concentration at measurement time t High-frequency fluctuations of A (λ) and S (λ)
If there is no change in the state with and without the load applied, that is, if the change in the measurement signal caused by the load is due to only the change in the concentration of oxyhemoglobin and reduced hemoglobin, the difference between Eqs. Indicated by.

【0050】[0050]

【数4】 Ln{Str(λ,t)/Sm(λ,t)}=εoxy(λ){C′oxy(t)+Noxy(t)}d +εdeoxy(λ){C′deoxy(t)+Ndeoxy(t)}d…数4 ここで、負荷による酸化及び還元ヘモグロビン濃度相対
変化量の時間変化をそれぞれΔCoxy(t)、及びΔ
Cdeoxy(t)で表し、以下の式で定義する。
Ln {Str (λ, t) / Sm (λ, t)} = εoxy (λ) {C′oxy (t) + Noxy (t)} d + εdeoxy (λ) {C′deoxy (t) + Ndeoxy (t)} d ... Equation 4 where ΔCoxy (t) and Δ are the temporal changes in the relative changes in the oxygenated and reduced hemoglobin concentrations due to the load, respectively.
It is represented by Cdeoxy (t) and defined by the following formula.

【0051】[0051]

【数5】 ΔCoxy(t)={C′oxy(t)+Noxy(t)}d ΔCdeoxy(t)={C′deoxy(t)+Ndeoxy(t)}d …数5 ここで、普通dを特定することは困難であるため、これ
らの濃度変化量の次元は濃度と距離dの積となってい
る。
## EQU00005 ## .DELTA.Coxy (t) = {C'oxy (t) + Noxy (t)} d .DELTA.Cdeoxy (t) = {C'deoxy (t) + Ndeoxy (t)} d ... Since it is difficult to do so, the dimension of these density changes is the product of the density and the distance d.

【0052】しかし、数5で距離dはΔCoxyとΔCdeo
xy同様に作用するため、数5を各ヘモグロビン濃度の相
対変化量とする。計測に二波長用いると、得られる数4
は、ΔCoxy(t)及びΔCdeoxy(t)に対する二元連
立方程式となり、各波長毎の予測無負荷信号Str
(λ,t)及び計測信号Sm(λ,t)から、ΔCoxy
(t)及びΔCdeoxy(t)が求まる。さらに、負荷時
間及び緩和時間以外におけるΔCoxy(t)及びΔCdeo
xy(t)が表わすものは、C’oxy(t)=0,C’deo
xy(t)=0とおけるので、雑音もしくは生体起因の酸
化ヘモグロビン濃度及び還元ヘモグロビンの高周波揺ら
ぎを表わしていることになる。上述処理によって時間0
〜140秒にわたって求めたものが図4のΔCoxy
(t)信号20及びΔCdeoxy(t)信号21であ
る。
However, in Equation 5, the distance d is ΔCoxy and ΔCdeo.
Since xy operates in the same manner, the expression 5 is set as the relative change amount of each hemoglobin concentration. If two wavelengths are used for measurement, the obtained number 4
Is a binary simultaneous equation for ΔCoxy (t) and ΔCdeoxy (t), and the predicted no-load signal Str for each wavelength is
From (λ, t) and the measurement signal Sm (λ, t), ΔCoxy
(T) and ΔCdeoxy (t) are obtained. Furthermore, ΔCoxy (t) and ΔCdeo other than the loading time and relaxation time
What xy (t) represents is C'oxy (t) = 0, C'deo
Since xy (t) = 0, it means that high-frequency fluctuations of oxyhemoglobin concentration and reduced hemoglobin due to noise or living body are expressed. Time 0 by the above process
The value obtained over 140 seconds is ΔCoxy in FIG.
The (t) signal 20 and the ΔCdeoxy (t) signal 21.

【0053】図6及び図7は、それぞれ被検者の左手指
及び右手指の運動を負荷として、上記各計測点の酸化ヘ
モグロビン濃度の相対変化量の時間変化から作成した等
高線画像(トポグラフィ画像)を示す。トポグラフィ画
像を作成する方法は、負荷印加時間(図5の斜線期間)
中の相対変化量ΔCoxy(t)信号20の時間積分値
(時間平均値でもよい)を計算機11で計算し、各計測
点間の値はX軸方向及びY軸方向に線形に補間して作成
したものである。トポグラフィ画像としては、図6及び
図7に示すような等高線の他に、白黒濃淡画像、色彩に
よる識別表示してもよい。図6及び図7の画像の比較か
ら、明らかに右手運動時に特定の位置において酸化ヘモ
グロビン濃度が増加していることがわかる。この様な空
間的分布の情報を画像として表示することにより計測結
果の認識を迅速かつ容易にしている。また、図6及び図
7に示した画像は、負荷印加時間中の濃度相対変化量の
時間積分値で作成したが、同一計測時間毎の各計測点の
酸化ヘモグロビン濃度の相対変化量によって同様にトポ
グラフィ画像を作成することも可能である。前記作成し
た複数のトポグラフィ画像を、計測時間の順に従って表
示あるいは動画として表示すれば、酸化ヘモグロビン濃
度の相対変化量の時間変化を捉らえることができる。
6 and 7 are contour image (topography image) created from the time change of the relative change amount of the oxyhemoglobin concentration at each of the above measurement points, with the load of the motion of the left and right fingers of the subject, respectively. Indicates. The method of creating a topography image is based on the load application time (hatched period in FIG. 5).
The relative integrated amount ΔCoxy (t) signal 20 in the inside is calculated by the computer 11 with time integrated value (may be the time average value), and the values between the measurement points are linearly interpolated in the X-axis direction and the Y-axis direction. It was done. As the topography image, in addition to the contour lines as shown in FIGS. 6 and 7, a monochrome gray-scale image or a color-based identification display may be used. From the comparison of the images in FIG. 6 and FIG. 7, it is apparent that the oxygenated hemoglobin concentration is increased at a specific position during the right hand movement. By displaying such information of the spatial distribution as an image, the recognition of the measurement result is made quick and easy. Further, the images shown in FIGS. 6 and 7 are created by the time integrated value of the relative concentration change amount during the load application time, but similarly the relative change amount of the oxyhemoglobin concentration at each measurement point at the same measurement time is the same. It is also possible to create topographic images. By displaying the plurality of created topographic images in the order of measurement time or as a moving image, it is possible to grasp the time change of the relative change amount of the oxygenated hemoglobin concentration.

【0054】さらに、任意1計測点の酸化ヘモグロビン
濃度の相対変化量の時間変化と自他計測点の酸化ヘモグ
ロビン濃度の相対変化量の時間変化の自己及び相互相関
関数を計算し、各計測点における相関関数よりトポグラ
フィ画像を作成することもできる。各計測点における相
関関数は、時間ずれτで定義される関数であるから、同
一時間ずれτにおける相関関数の値よりトポグラフィを
作成し、τの順に従って表示あるいは動画として表示す
れば、脳機能賦活に関与して変化する血液動態を可視化
することができる。
Furthermore, the self- and cross-correlation function of the time change of the relative change amount of the oxyhemoglobin concentration at any one measurement point and the time change of the relative change amount of the oxyhemoglobin concentration at the other measurement points are calculated, and at each measurement point It is also possible to create a topography image from the correlation function. Since the correlation function at each measurement point is a function defined by the time lag τ, if a topography is created from the value of the correlation function at the same time lag τ and displayed in the order of τ or displayed as a movie, brain function activation It is possible to visualize hemodynamics that change due to

【0055】ここでは、酸化ヘモグロビン濃度の相対変
化量を代表的に用いて説明しているが、還元ヘモグロビ
ン濃度の相対変化量あるいは酸化及び還元ヘモグロビン
濃度の相対変化量の和で計算される総ヘモグロビン濃度
相対変化量も同様にトポグラフィを作成することができ
る。
Here, the relative change amount of the oxyhemoglobin concentration is representatively described, but the total hemoglobin calculated by the relative change amount of the reduced hemoglobin concentration or the sum of the relative change amounts of the oxidized and reduced hemoglobin concentrations. The topography can be similarly created for the relative density change amount.

【0056】図8は上記記載の方法で作成されたトポグ
ラフィ画像22を、被検者の脳表面画像23と重ねあわ
せた表示例を示す。トポグラフィ画像22を、生体の機
能に関連して変化した脳の血液動態の変化であるため、
脳表面画像と重ねあわせて表示することが望ましい。脳
表面画像23は3次元MRIあるいは3次元X線CTで
計測し表示する。トポグラフィ画像22は、各計測点の
座標を脳表面に位置するように座標変換し、座標変換し
た後の各計測点間の値を補間してトポグラフィ画像を作
成する。作成したトポグラフィ画像22と脳表面画像2
3を重ねあわせて表示する時、重ねたトポグラフィ画像
22の色を半透明として、下に位置する脳表面画像が透
けて見えるようにする。
FIG. 8 shows a display example in which the topography image 22 created by the method described above is superimposed on the brain surface image 23 of the subject. Since the topography image 22 is a change in the hemodynamics of the brain that has changed in relation to the function of the living body,
It is desirable to display it on top of the brain surface image. The brain surface image 23 is measured and displayed by three-dimensional MRI or three-dimensional X-ray CT. For the topography image 22, the coordinates of each measurement point are coordinate-converted so as to be located on the brain surface, and the values between the measurement points after the coordinate conversion are interpolated to create a topography image. Created topography image 22 and brain surface image 2
When 3 is superimposed and displayed, the color of the superimposed topography image 22 is made semitransparent so that the brain surface image located therebelow can be seen through.

【0057】図9は、計測点座標変換方法を説明する図
を示す。3次元MRIあるいは3次元X線CTの形態画
像を撮影する方法を具体的に以下に示す。図9の5aは
照射用光ファイバであり、図9の7aは光検出用光ファ
イバを示す。所望とす計測点の情報は、このファイバ間
(2d)の中心線上の部位の情報を推定して用いるもので
ある。何故ならば、照射用ファイバから光量が最大に供
給され、計測対象からの信号は最大となる(即ち、感度
最大となる)部位を用いるものである。生体光計測装置
で推定して設定する上記計測点29にマーカーを配置し
て撮影すると、撮影した形態情報から皮膚及び骨像24
と脳像25とマーカー像26を表示することができる。
上記撮影像は、3次元的な座標情報を有している。そこ
で、マーカー像26が示す計測点27を通り、計測点2
7における皮膚表面もしくはマーカー像26の底面に対
して垂直28を計算し、脳像25と交わる点を座標変換
した計測点29とする。本実施例で示したように、脳機
能の計測の場合には、負荷に相関のある血液動態変化
は、主に脳表面(大脳皮質)で生じていることがわかっ
ている。前記理由より、生体の形態情報を用いること
で、実質的に計測されている推定計測点を求める方法を
求めることができる。しかし、計測対象を筋肉等他の生
体器官とした場合には、形態情報から座標変換する深さ
を知ることができない場合がある。前記の様な計測に本
方法を用いる場合には、モンテカルロ法による数値計算
で、生体内の光伝播をあらかじめ計算し、計測信号に最
も大きく寄与する深さを求め、前記求められた深さを推
定計測点として取扱う。
FIG. 9 is a diagram for explaining the method of measuring point coordinate conversion. A specific method of capturing a morphological image of three-dimensional MRI or three-dimensional X-ray CT will be described below. Reference numeral 5a in FIG. 9 is an irradiation optical fiber, and reference numeral 7a in FIG. 9 is a light detection optical fiber. The information on the desired measurement point is
The information of the part on the center line of (2d) is estimated and used. This is because the irradiation light fiber supplies the maximum amount of light and the signal from the measurement target has the maximum (that is, the maximum sensitivity) is used. When a marker is placed at the measurement point 29 that is estimated and set by the biological optical measurement device and an image is taken, the skin and bone image 24 is obtained from the taken morphological information.
The brain image 25 and the marker image 26 can be displayed.
The photographed image has three-dimensional coordinate information. Then, passing through the measurement point 27 indicated by the marker image 26, the measurement point 2
The vertical 28 with respect to the skin surface or the bottom of the marker image 26 in 7 is calculated, and the point intersecting with the brain image 25 is set as the coordinate-converted measurement point 29. As shown in this example, in the case of measuring brain function, it is known that hemodynamic changes correlated with load mainly occur on the brain surface (cerebral cortex). For the above reason, by using the morphological information of the living body, it is possible to obtain a method for obtaining an estimated measurement point that is substantially measured. However, when the measurement target is another biological organ such as a muscle, the depth at which the coordinate conversion is performed may not be known from the morphological information. When the present method is used for the measurement as described above, the light propagation in the living body is preliminarily calculated by the numerical calculation by the Monte Carlo method, the depth that most contributes to the measurement signal is calculated, and the calculated depth is calculated. Treat as an estimated measurement point.

【0058】これまで、推定表示画像としてトポグラフ
ィ画像を示してきたが、他の画像表示方法もある。
So far, the topographic image has been shown as the estimated display image, but there are other image display methods.

【0059】例えば、推定計測点を重心点とする任意サ
イズの正方画素を各推定計測点に設定し、各画素を各推
定計測点の値にあらかじめ対応させた濃淡あるいは色で
塗潰した画像や、各画素を各計測点の値に対応した棒あ
るいは線の長さで表示する棒グラフ画像で表示する。
For example, an image in which a square pixel having an arbitrary size with the estimated measurement point as the center of gravity is set as each estimated measurement point, and each pixel is painted in a shade or color corresponding to the value of each estimated measurement point in advance, , Each pixel is displayed as a bar graph image in which the length of a bar or line corresponding to the value of each measurement point is displayed.

【0060】また、全ての画像表示方法において色を用
いる際の配色は自由に選択することができるが、血行動
態を計測する場合には、赤色系の濃淡と青色系の濃淡の
組み合わせで表示することが望ましい。その理由とし
て、動脈血は赤、静脈血は青というイメージが定着して
いるからである。例えば、正の計測値の大小を赤色系の
濃淡で負の計測値の大小を青色系の濃淡で表示する。
Further, the color arrangement when colors are used in all image display methods can be freely selected, but when hemodynamics are measured, a combination of red-based shading and blue-based shading is displayed. Is desirable. This is because the image that arterial blood is red and venous blood is blue is well established. For example, the magnitude of the positive measurement value is displayed in red shades and the magnitude of the negative measurement value is displayed in blue shades.

【0061】(実施例2)本発明による第2の実施例を
示す。
(Second Embodiment) A second embodiment according to the present invention will be described.

【0062】図10は、計測信号と予測無負荷信号の表
示例である。表示されている計測信号110a及び計測
信号110bは、ロックインアンプ9aからの出力信号
であり、予測無負荷信号111aと111bは各計測信
号から計算された(計算方法は後述)。
FIG. 10 is a display example of the measurement signal and the predicted no-load signal. The displayed measurement signal 110a and measurement signal 110b are output signals from the lock-in amplifier 9a, and the predicted no-load signals 111a and 111b were calculated from each measurement signal (calculation method will be described later).

【0063】予測無負荷信号111aと111bを表示
装置に表示する。表示されているグラフの横軸は計測時
間を表わし、縦軸は先体光計測装置により計測された通
過光強度を表わす計測信号の相対値である。
The predicted no-load signals 111a and 111b are displayed on the display device. The horizontal axis of the displayed graph represents the measurement time, and the vertical axis represents the relative value of the measurement signal representing the intensity of the passing light measured by the apex light measuring device.

【0064】被検者に対して負荷を印加した場合には、
負荷印加開始時刻を表わす負荷開始マーク112と負荷
印加終了時刻を表わす負荷終了マーク113を直線で表
示する。本実施例では、右手の運動を支配する大脳皮質
領域を頭皮上から頭蓋骨を通して計測しており、負荷と
して右手あるいは左手の運動を与えている(負荷1及び
負荷3は右手運動、負荷2及び負荷4は左手運動)。図
10には計測時間の全信号が表示されているが、任意の
時間間隔(例えば、負荷時間の前後を含む時間間隔)の
みを表示することも容易である。また、予測無負荷信号
111a,111bをそれまでの経時変動の延長線上で
任意の時間先まで表示することにより、計測中に計測信
号110a,110bと予測無負荷信号111a,11
1bを実時間で同時に表示することも可能である。この
様に計測信号110aと110bと予測無負荷信号11
1aと111bを同時に表示することで、生体中に血液
動態の変化が生じた時に、観察者が判断することが容易
になる。なお、この先追いして実時間で表示した予測無
負荷信号は、予測無負荷信号の計算が確定した段階で表
示し直すようにするとよい。
When a load is applied to the subject,
A load start mark 112 indicating the load application start time and a load end mark 113 indicating the load application end time are displayed in a straight line. In this embodiment, the cerebral cortex region that controls the right hand movement is measured from above the scalp through the skull, and the right hand or left hand movement is applied as a load (load 1 and load 3 are right hand movement, load 2 and load). 4 is left hand movement). Although all signals of the measurement time are displayed in FIG. 10, it is easy to display only an arbitrary time interval (for example, a time interval including before and after the load time). Further, by displaying the predicted no-load signals 111a and 111b up to an arbitrary time ahead on the extension line of the temporal change until then, the measured signals 110a and 110b and the predicted no-load signals 111a and 11b during measurement are displayed.
It is also possible to display 1b simultaneously in real time. In this way, the measurement signals 110a and 110b and the predicted no-load signal 11
By displaying 1a and 111b at the same time, it becomes easier for the observer to judge when hemodynamic changes occur in the living body. It should be noted that the predicted no-load signal that has been displayed in real time after this is preferably displayed again when the calculation of the predicted no-load signal is confirmed.

【0065】予測無負荷信号111a,111bは、計
測信号110a,110bから、負荷を与えた時間(負
荷時間)及び負荷を取り除いたあと信号が元に戻るまで
の時間(緩和時間)における信号を除き、残った期間の
信号に任意の関数を最小二乗法を用いてフィッティング
することで求める。ここで、任意の関数と緩和時間は負
荷の種類や計測場所によって異なるため、計測の目的等
に合わせて図2中入力装置30から入力する。本実施例
では、任意関数を5次の多項式、緩和時間を30秒とし
て処理している。また、信号の表示は、観察者が見やす
いように信号毎に色あるいは線種を変えることも可能で
ある。
The predicted no-load signals 111a and 111b are obtained by removing the signals from the measurement signals 110a and 110b at the time when the load is applied (load time) and the time after the load is removed and before the signal returns to the original state (relaxation time). , The signal of the remaining period is obtained by fitting an arbitrary function using the least square method. Here, since the arbitrary function and the relaxation time differ depending on the type of load and the measurement place, they are input from the input device 30 in FIG. 2 according to the purpose of measurement and the like. In this embodiment, the arbitrary function is processed with a polynomial of degree 5 and the relaxation time is 30 seconds. In addition, it is possible to change the color or line type of each signal for displaying the signal so that the observer can easily see the signal.

【0066】図11A及び図11Bは、計測信号と予測
無負荷信号の差分信号の表示例であり、図10中の計測
信号110a及び110bと予測無負荷信号111a及
び111bの差分を計算したものである差分信号114
a及び114bの波形を表示装置に表示している。表示
されているグラフの横軸は計測時間を表わし、縦軸は相
対的な差分信号強度を表わしている。さらに、被検者に
対して負荷を印加した場合には、負荷印加開始時刻を表
わす負荷開始マーク112と負荷印加終了時刻を表わす
負荷終了マーク113を直線で表示する。また、本グラ
フは0を中心としたグラフとなるので基線115を表示
する。
FIGS. 11A and 11B are display examples of the difference signal between the measurement signal and the predicted no-load signal, in which the difference between the measurement signals 110a and 110b and the predicted no-load signals 111a and 111b in FIG. 10 is calculated. Certain difference signal 114
The waveforms a and 114b are displayed on the display device. The horizontal axis of the displayed graph represents the measurement time, and the vertical axis represents the relative difference signal strength. Furthermore, when a load is applied to the subject, a load start mark 112 indicating the load application start time and a load end mark 113 indicating the load application end time are displayed in a straight line. Further, since this graph is a graph centered on 0, the baseline 115 is displayed.

【0067】本実施例では、波形114a,114bを
光源波長毎に異なる座標軸上に表示しているが、同一座
標軸上に重ねて表示することも可能である。また、表示
には、観察者が見やすいように色あるいは線種を変えて
表示することも可能である。図12A及び図12Bは、
負荷印加によるHbO2とHbの濃度の相対変化量(以
下、それぞれΔCoxy,ΔCdeoxyとする)を表わすグラ
フの表示例である。図10中の計測信号110a及び1
10bと予測無負荷信号111a及び111bから
(5)式によって与えられるΔCoxy信号116aとΔ
Cdeoxy信号116bの波形を表示装置に表示してい
る。表示されているグラフの横軸は計測時間を表わし、
縦軸はΔCoxyとΔCdeoxyの値を表わしている。さら
に、負荷開始マーク112、負荷終了マーク113、及
び基線115も表示する。本実施例では、計測時間の全
区間が表示されているが、任意の時間間隔(例えば、負
荷時間の前後を含む期間)のみを表示することも可能で
ある。また、ここでは波形116a,116bを異なる
座標軸に別々に表示したが、同一座標軸上に重ねて表示
しても構わない。さらに、各信号の色もしくは各信号の
線種を変えて表示することも可能で、例えばΔCoxy信
号116aを赤系統の色で表示し、また、ΔCdeoxy信
号116bを緑系統の色で表示すれば、観察者も直感的
に理解しやすい。本発明の計測方法及び表示方法による
と、負荷と計測信号との相関が分かりやすく、計測信号
から揺らぎが除去されているので信号の精度が高い。
In the present embodiment, the waveforms 114a and 114b are displayed on different coordinate axes for each light source wavelength, but it is also possible to display them on the same coordinate axis in an overlapping manner. In addition, it is possible to change the color or the line type so that an observer can easily see the display. 12A and 12B show
7 is a display example of a graph showing relative changes in the concentrations of HbO 2 and Hb due to load application (hereinafter referred to as ΔCoxy and ΔCdeoxy, respectively). Measurement signals 110a and 1 in FIG.
10b and the predicted no-load signals 111a and 111b, the ΔCoxy signals 116a and Δ given by the equation (5).
The waveform of the Cdeoxy signal 116b is displayed on the display device. The horizontal axis of the displayed graph represents the measurement time,
The vertical axis represents the values of ΔCoxy and ΔCdeoxy. Further, the load start mark 112, the load end mark 113, and the base line 115 are also displayed. In this embodiment, all the sections of the measurement time are displayed, but it is also possible to display only an arbitrary time interval (for example, a period including before and after the load time). Further, although the waveforms 116a and 116b are separately displayed on different coordinate axes here, they may be displayed on the same coordinate axis in an overlapping manner. Furthermore, it is also possible to display by changing the color of each signal or the line type of each signal. For example, if the ΔCoxy signal 116a is displayed in a red color, and the ΔCdeoxy signal 116b is displayed in a green color, It is easy for the observer to understand intuitively. According to the measuring method and the displaying method of the present invention, the correlation between the load and the measurement signal is easy to understand, and the fluctuation is removed from the measurement signal, so the signal accuracy is high.

【0068】図13は、各負荷時間毎のΔCoxy負荷時
間積分値117a,ΔCdeoxy負荷時間積分値117b
の表示例である。図11A及び図11B中のΔCoxy信
号114aとΔCeoxy信号114bを負荷時間毎に時間
積分してΔCoxy負荷時間積分値117aとΔCdeoxy負
荷時間積分値117bを求め、表示装置に負荷番号毎に
立体棒グラフで表示している。ここで、横軸は負荷番号
を表わし、縦軸はΔCoxy負荷時間積分値及びΔCdeoxy
負荷時間積分値を表わしている。ここで、ΔCoxy負荷
時間平均値及びΔCdeoxy負荷時間平均値を表示するこ
とも可能である。また、表示には、観察者が見やすいよ
うに色を変えて表示することも可能である。
FIG. 13 shows the ΔCoxy load time integrated value 117a and the ΔCdeoxy load time integrated value 117b for each load time.
Is a display example of. The ΔCoxy signal 114a and the ΔCeoxy signal 114b in FIGS. 11A and 11B are time-integrated for each load time to obtain the ΔCoxy load time integrated value 117a and the ΔCdeoxy load time integrated value 117b, which are displayed on the display device as a solid bar graph for each load number. are doing. Here, the horizontal axis represents the load number and the vertical axis represents the ΔCoxy load time integrated value and ΔCdeoxy.
It represents the load time integral value. Here, it is also possible to display the ΔCoxy load time average value and the ΔCdeoxy load time average value. Further, the display can be displayed in different colors so that the observer can easily see it.

【0069】図14は、生体光計測装置を用いて複数の
計測位置で計測した場合の表示例を示す。ここでは、計
測部位を頭部とし、頭部上に4点計測位置を設定した場
合の例を説明する。
FIG. 14 shows a display example in the case where measurement is performed at a plurality of measurement positions using the biological light measuring device. Here, an example in which the measurement site is the head and four measurement positions are set on the head will be described.

【0070】本表示例では、被検者の計測部位像118
と、設定した計測位置を表わす計測位置マーク119a
〜119dと、各計測位置に対応しグラフ121a〜1
21dと、計測位置とグラフの対応関係を示す指示線1
20a〜120dとを、表示装置に表示する。ここで、
計測部位像118としては、頭部モデル図あるいはMR
I装置で代表されるような画像診断装置で撮影された被
検者本人の計測部位断層画像あるいは計測部位3次元画
像を用いることができる。
In this display example, the measurement site image 118 of the subject is displayed.
And a measurement position mark 119a indicating the set measurement position
~ 119d and graphs 121a-1 corresponding to each measurement position
21d and an indicator line 1 showing the correspondence between the measurement position and the graph
20a to 120d are displayed on the display device. here,
As the measurement region image 118, a head model diagram or MR
It is possible to use a tomographic image of a measurement site or a three-dimensional image of the measurement site of the subject himself / herself, which is imaged by an image diagnostic apparatus typified by the I apparatus.

【0071】(実施例3)本発明による生体光計測装置
の実施例3の概略構成を図15に示す。
(Third Embodiment) FIG. 15 shows a schematic configuration of a third embodiment of the biological light measuring device according to the present invention.

【0072】光源201から発せられる光をレンズ系を
用いて集光し、光源用光ファイバー202に入射する。
光源から発せられる光は、外来起因の雑音を除去するた
めに発振器223により100Hz〜10MHz程度の
任意の周波数fで強度変調されている。光源用光ファイ
バー202は光ファイバー連結器203aを介して光照
射用光ファイバー204と接続しているため、光源から
の光は光照射用光ファイバー204に伝達し、光照射位
置205より被検体206に照射される。用いる光の波
長は生体内の注目物質の分光特性によるが、HbとHb
2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あ
るいは複数波長選択して用いる。光源としては、半導体
レーザ、チタンサファイアレーザ、発光ダイオード等を
用いることができる。
The light emitted from the light source 201 is condensed using a lens system and is incident on the light source optical fiber 202.
The light emitted from the light source is intensity-modulated by the oscillator 223 at an arbitrary frequency f of about 100 Hz to 10 MHz in order to remove noise caused by external sources. Since the light source optical fiber 202 is connected to the light irradiation optical fiber 204 through the optical fiber coupler 203a, the light from the light source is transmitted to the light irradiation optical fiber 204 and is irradiated to the subject 206 from the light irradiation position 205. . The wavelength of the light used depends on the spectral characteristics of the substance of interest in the living body.
When measuring the oxygen saturation and the blood volume from the O 2 concentration, one or more wavelengths are selected from the light in the wavelength range of 600 nm to 1400 nm and used. As the light source, a semiconductor laser, a titanium sapphire laser, a light emitting diode or the like can be used.

【0073】被検体206を通過して出射する光を検出
するための2本の光検出用光ファイバー207a及び2
07bを、被検体206上の異なる2箇所に配置する。
本実施例では、上記2本の光検出用光ファイバー207
aと207bを光照射位置205を対称中心として点対
称の2箇所に配置する。光照射用光ファイバー204と
光検出用光ファイバー207a,207bは、表面を黒
色に塗装された光ファイバー固定部材208で固定され
ている。また、光照射用光ファイバー204、光検出用
光ファイバー207a,207b及び光ファイバー固定
部材208は、簡便を期するために光検出プローブとし
て一体化されており、詳細については後述する。光検出
用光ファイバー207a,207bは、光ファイバー連
結合203b,203cを介して光検出器用光ファイバ
ー209a,209bに連結しているため、光検出用光
ファイバー207a,207bで検出された通過光は、
光検出器210a,210bまで伝達し、光検出器21
0a,210bで光電変換され、通過光強度が電気信号
強度として出力される。光検出器210a,210bと
しては、例えばフォトダイオードや光電子増倍管などの
様な光電変換素子を用いる。
Two optical fibers for detecting light 207a and 2 for detecting the light emitted after passing through the subject 206.
07b are arranged at two different locations on the subject 206.
In this embodiment, the two optical fibers 207 for light detection are used.
a and 207b are arranged at two points of point symmetry with the light irradiation position 205 as the center of symmetry. The light irradiation optical fiber 204 and the light detection optical fibers 207a and 207b are fixed by an optical fiber fixing member 208 whose surface is painted black. The light irradiation optical fiber 204, the light detection optical fibers 207a and 207b, and the optical fiber fixing member 208 are integrated as a light detection probe for the sake of simplicity, and the details will be described later. Since the photodetection optical fibers 207a and 207b are connected to the photodetector optical fibers 209a and 209b via the optical fiber couplings 203b and 203c, the passing light detected by the photodetection optical fibers 207a and 207b is
Light is transmitted to the photodetectors 210a and 210b, and the photodetector 21
Photoelectric conversion is performed at 0a and 210b, and passing light intensity is output as electric signal intensity. As the photodetectors 210a and 210b, for example, photoelectric conversion elements such as photodiodes and photomultiplier tubes are used.

【0074】光検出器210aと210bから出力され
た通過光強度を表わす電気信号は、それぞれロックイン
アンプ224aと224bで光源の光強度変調周波数成
分のみ抽出される。ロックインアンプ224aからの出
力は、対数増幅器225aで対数変換された後に差動増
幅器211の負極に入力され、ロックインアンプ224
bからの出力は、対数増幅器225bで対数変換された
後に差動増幅器211の正極に入力される。その結果と
して、異なる2ヵ所の位置での通過光強度の差分信号
が、出力信号として差動増幅器211より出力される。
差動増幅器211からの出力信号を逐次A/D変換器2
12でデジタル信号に変換し、計算機213に取り込み
表示装置214に時系列データとして表示する。
The electric signals representing the transmitted light intensity output from the photodetectors 210a and 210b are extracted by the lock-in amplifiers 224a and 224b, respectively, only the light intensity modulation frequency component of the light source. The output from the lock-in amplifier 224a is logarithmically converted by the logarithmic amplifier 225a and then input to the negative electrode of the differential amplifier 211.
The output from b is logarithmically converted by the logarithmic amplifier 225b and then input to the positive electrode of the differential amplifier 211. As a result, the differential signal of the transmitted light intensity at two different positions is output from the differential amplifier 211 as an output signal.
The output signal from the differential amplifier 211 is sequentially converted into an A / D converter 2
The data is converted into a digital signal at 12, and is taken into the computer 213 and displayed as time series data on the display device 214.

【0075】ここで、図15に示すように、局所的に血
液動態が変化する領域215が、光検出用光ファイバー
の視野216bのみに含まれていれば、計測される対数
差分信号は局時領域215の血液動態の変化のみを反映
していることになる。近赤外光に対しては血液中の主成
分であるヘモグロビンが光吸収に対して支配的に働くこ
とを前提に、計測される対数差分信号の意味を以下に説
明する。
Here, as shown in FIG. 15, if the region 215 in which the hemodynamics locally changes is included only in the visual field 216b of the optical fiber for photodetection, the measured logarithmic difference signal is the local time region. It reflects only the hemodynamic changes of 215. Meaning of the logarithmic difference signal to be measured will be described below on the assumption that hemoglobin, which is the main component in blood, acts predominantly on near infrared light.

【0076】計測時間をt、光源波長をλ、照射光強度
をI0(t)、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビン濃度
をそれぞれCox(t),Cdeox(t)、局所領域215で変化
した酸化ヘモグロビン濃度と還元ヘモグロビン濃度をそ
れぞれΔCox(t),ΔCdeox(t)、光源波長λに対する酸
化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸光係数をそれぞ
れεox(λ),εdeox(λ)、散乱とヘモグロビン以外の吸
収による減衰をDs、散乱によって生じる重み係数をd
とすると、光検出器210bで検出される通過光強度信
号Id(t)は下式数6で表され、光検出器210aで検
出される通過光強度信号Id′(t)は下式数7で表され
る。
Measurement time is t, light source wavelength is λ, irradiation light intensity is I0 (t), oxyhemoglobin and reduced hemoglobin concentrations are Cox (t) and Cdeox (t), and oxyhemoglobin concentration changed in the local region 215. The reduced hemoglobin concentration is ΔCox (t) and ΔCdeox (t), the absorption coefficients of oxyhemoglobin and reduced hemoglobin with respect to the light source wavelength λ are εox (λ) and εdeox (λ), respectively, and the attenuation due to scattering and absorption other than hemoglobin is Ds, The weighting factor caused by scattering is d
Then, the passing light intensity signal Id (t) detected by the photodetector 210b is expressed by the following formula 6, and the passing light intensity signal Id '(t) detected by the photodetector 210a is expressed by the following formula 7. It is represented by.

【0077】[0077]

【数6】 Id(t)=Ds・exp[−[εox(λ)(Cox(t)+ΔCox(t)) +εdeox(λ)(Cdeox(t)+ΔCdeox(t))]d]I0(t) 数6Id (t) = Ds · exp [− [εox (λ) (Cox (t) + ΔCox (t)) + εdeox (λ) (Cdeox (t) + ΔCdeox (t))] d] I0 (t) Number 6

【0078】[0078]

【数7】 Id′(t)=Dx・exp[−[εox(λ)Cox(t)+εdeox(λ)Cdeox(t)]d]I0(t) ・・・・数7 次に、数6と数7の自然対数をとった後に、数6から数
7を減算すると、次式数8が得られる。数8の左辺は計
測された対数差分信号である。
Id ′ (t) = Dx · exp [− [εox (λ) Cox (t) + εdeox (λ) Cdeox (t)] d] I0 (t) ··· Equation 7 Next, Equation 6 After taking the natural logarithm of equation (7) and subtracting equation (7) from equation (6), the following equation (8) is obtained. The left side of Expression 8 is the measured logarithmic difference signal.

【0079】[0079]

【数8】 In[Id(t)/Id′(t)]=−[εox(λ)ΔCox(t)+εdeox(λ)ΔCdeox(t)]d ・・・・数8 ここで特に、光源波長として805nm±10nmを用
いて計測すると、
In [Id (t) / Id ′ (t)] = − [εox (λ) ΔCox (t) + εdeox (λ) ΔCdeox (t)] d ... Is measured using 805 nm ± 10 nm,

【0080】[0080]

【数9】 εox(805±10)≒εdeox(805±10) ・・・・数9 であるので、数8は定数Kを用いて[Equation 9] εox (805 ± 10) ≈εdeox (805 ± 10) ············································

【0081】[0081]

【数10】 In[Id(t)/Id′(t)]=−[ΔCox(t)+ΔCdeox(t)]・K ・・・・数10 と書き直すことができる。従って、光源波長805nm
±10nmを用いて計測された対数差分信号は、血液量
の変化量[ΔCox(t)+ΔCdeox(t)]に相当する値(以
下、相対血液変化量という)を表している。また、光源
に用いる波長数を2波長(λ1,λ2)にし、各波長に異
なる強度変調周波数(f1,f2)を与え、ロックインア
ンプで周波数分離すれば、各波長の通過光強度信号を計
測することができる。従って、数8が各波長で成り立つ
ので、次の数11及び数12からなる連立方程式を導く
ことができる。
## EQU10 ## In [Id (t) / Id '(t)] =-[. DELTA.Cox (t) +. DELTA.Cdeox (t)]. K ... It can be rewritten as equation 10. Therefore, the light source wavelength is 805 nm
The logarithmic difference signal measured using ± 10 nm represents a value (hereinafter referred to as a relative blood change amount) corresponding to the change amount [ΔCox (t) + ΔCdeox (t)] of the blood amount. In addition, if the number of wavelengths used for the light source is 2 wavelengths (λ1, λ2), different intensity modulation frequencies (f1, f2) are given to each wavelength, and frequency is separated by the lock-in amplifier, the transmitted light intensity signal of each wavelength is measured. can do. Therefore, since Equation 8 holds for each wavelength, the following simultaneous equations 11 and 12 can be derived.

【0082】[0082]

【数11】 In[Id(λ1,t)/Id′(λ1,t)] =−[εox(λ1)ΔCox(t)+εdeox(λ1)ΔCdeox(t)]d ・・・・数11In [Id (λ1, t) / Id '(λ1, t)] =-[εox (λ1) ΔCox (t) + εdeox (λ1) ΔCdeox (t)] d ···

【0083】[0083]

【数12】 In[Id(λ2,t)/Id′(λ2,t)] =−[εox(λ2)ΔCox(t)+εdeox(λ2)ΔCdeox(t)]d ・・・・数12 吸光係数εox(λ1),εox(λ2),εdeox(1),εdeox(λ
2)は既知であるので、酸化ヘモグロビンの変化量に相当
する値ΔCOX(t)dと還元ヘモグロビンの変化量に相
当するΔCdeox(t)dを、数11及び数12を計算機2
13内で解くことで求めることができ、求められた相対
変化量の時系列データを表示装置214上にグラフ表示
する。さらに拡張して波長数を増やし、dを消去、また
は微量にあるヘモグロビン以外の吸光物質濃度の相対変
化量を求めることも可能である。
## EQU12 ## In [Id (λ2, t) / Id '(λ2, t)] =-[εox (λ2) ΔCox (t) + εdeox (λ2) ΔCdeox (t)] d ... εox (λ1), εox (λ2), εdeox (1), εdeox (λ
Since 2) is known, the value ΔCOX (t) d corresponding to the amount of change in oxyhemoglobin and the ΔCdeox (t) d corresponding to the amount of change in reduced hemoglobin are calculated using Equation 11 and Equation 12
The time series data of the calculated relative change amount can be obtained by solving in 13 and displayed as a graph on the display device 214. It is also possible to further expand to increase the number of wavelengths, eliminate d, or obtain the relative change amount of the concentration of a light-absorbing substance other than a small amount of hemoglobin.

【0084】また、図16に示すように、ロックインア
ンプ、対数増幅器、差動増幅器を使用せずに、光検出器
210a,210bからの検出信号をそれぞれA/D変
換器212でデジタル信号に変化した後、計算機213
内でFET処理をして光源の強度変調周波数に相当する
信号のみを抽出し、異なる2ヵ所の検出位置での通過光
強度の対数差分を上述の計算過程と同様の手順で計算し
て、求められた相対変化量を時系列データとして表示装
置214上にグラフ表示することもできる。
Further, as shown in FIG. 16, the detection signals from the photodetectors 210a and 210b are converted into digital signals by the A / D converter 212 without using a lock-in amplifier, a logarithmic amplifier and a differential amplifier. After changing, the calculator 213
In the above, the FET processing is performed to extract only the signal corresponding to the intensity modulation frequency of the light source, and the logarithmic difference of the passing light intensity at two different detection positions is calculated by the same procedure as the above calculation process to obtain The obtained relative change amount may be displayed as a graph on the display device 214 as time series data.

【0085】図17(a)及び図17(b)に光検出プ
ローブの一例を示す。図17(a)は光検出プローブの
一断面を示し、図17(b)は光検出プローブを被検体
接触面から見た図を示している。光検出プローブは、1
本の光照射用光ファイバー204と2本の光検出用光フ
ァイバー207a,207bと表面を黒色に塗装した金
属又はプラスチック製の光ファイバー固定部材208か
らなり、それぞれの光ファイバーには光ファイバー連結
器203a,203b,203cが接続されている。そ
れぞれの光ファイバーの屈曲性を保つためには、複数の
光ファィバーで構成する。光ファイバーの素材として
は、プラスチックか石英を用いる。本光検出プローブを
生体に使用する場合には、被検体接触面217を弾力の
あるスポンジなどで覆う。
17 (a) and 17 (b) show an example of the photo-detecting probe. FIG. 17A shows a cross section of the light detection probe, and FIG. 17B shows a view of the light detection probe as seen from the contact surface of the subject. 1 for the light detection probe
The optical fiber 204 for light irradiation, the two optical fibers 207a and 207b for light detection, and the optical fiber fixing member 208 made of metal or plastic with the surface coated in black are provided, and each optical fiber has an optical fiber coupler 203a, 203b, 203c. Are connected. In order to maintain the flexibility of each optical fiber, it is composed of multiple optical fibers. Plastic or quartz is used as the material of the optical fiber. When the present light detection probe is used in a living body, the subject contact surface 217 is covered with a sponge having elasticity.

【0086】光検出用光ファイバー207a,207b
の検出面の大きさは目的や被検体の状態に応じて変える
必要があるが、例えば脳機能の計測を行う場合には、断
面形状を径1mm〜20mm程度の円形あるいは1辺1
mm〜20mm程度の正方形とする。また、2本の光検
出用光ファイバー207a,207bの配置位置は、光
照射用光ファイバー204から距離r(r=5mm〜5
0mm)の位置にここでは対称的に配置する。距離rと
光検出用光ファイバー207a,207bの断面形状の
異なる複数種類の光検出プローブを用意しておき、計測
目的に応じて交換することで、簡便な計測が可能とな
る。光の到達深度は光源からの距離rとほぼ等しいた
め、脳の大脳皮質程度の深さであれば頭部表面から頭蓋
骨を介して計測することが可能である。
Optical fibers for light detection 207a and 207b
It is necessary to change the size of the detection surface according to the purpose and the state of the subject. For example, when measuring brain function, the cross-sectional shape is a circle with a diameter of 1 mm to 20 mm or one side.
The square is about 20 mm to 20 mm. Further, the arrangement positions of the two optical fibers 207a and 207b for light detection are distance r (r = 5 mm to 5 mm) from the optical fiber 204 for light irradiation.
0 mm) is symmetrically arranged here. By preparing a plurality of types of photodetection probes having different distances r and cross-sectional shapes of the photodetection optical fibers 207a and 207b and exchanging them according to the purpose of measurement, simple measurement becomes possible. Since the reach depth of light is almost equal to the distance r from the light source, it is possible to measure from the surface of the head through the skull if the depth is about the cerebral cortex of the brain.

【0087】光検出プローブにおいて光検出用光ファイ
バー207の配置にはさまざまな態様が考えられる。例
えば図18に示すように、光照射用光ファイバー204
から等距離rの位置に4本の光検出用光ファイバー20
7a,207b,207c,207dを配置し、任意の
2本の光検出用光ファイバーを選択して計測することが
できる。また、光ファイバーを用いず、レンズ系を用い
たり、固定部材208に光源や光検出器を直接設置する
こともできる。
There are various possible arrangements of the optical fiber 207 for light detection in the light detection probe. For example, as shown in FIG. 18, a light irradiation optical fiber 204
Four optical fibers 20 for light detection at a position equidistant from
7a, 207b, 207c, and 207d are arranged, and two arbitrary optical fibers for photodetection can be selected and measured. Further, a lens system may be used without using an optical fiber, or a light source or a photodetector may be directly installed on the fixing member 208.

【0088】図19に、本発明による光計測装置を生体
の脳の計測に使用した例を示す。光ファイバー連結器2
03a,203b,203cと、光照射用光ファイバー
204と、光検出用光ファイバー207a,207b
と、光ファイバー固定部材208からなる光検出プロー
ブを、ゴム製の固定用ベルト218で被検体206に固
定する。光照射用光ファイバー204は光ファイバー連
結器203aを介して光源用光ファイバー202に接続
されており、光検出用光ファイバー207a,207b
はそれぞれ光ファイバー連結器203b,203cを介
して光検出器用光ファイバー209a,209bに接続
されている。光計測装置219前面パネルには、光源用
光ファイバー202と光検出器用光ファイバー209
a,209bの接続部、出力信号強整つまみ220、出
力信号値表示窓221、及び表示装置214がある。光
計測装置219内部には、差動増幅器やA/D変換器、
マイクロプロセッサー、光源、光検出器、光スイッチ、
その他必要な電気回路が配置されている。
FIG. 19 shows an example in which the optical measuring device according to the present invention is used for measuring the brain of a living body. Optical fiber coupler 2
03a, 203b, 203c, optical fiber 204 for light irradiation, and optical fibers 207a, 207b for light detection
Then, the light detection probe including the optical fiber fixing member 208 is fixed to the subject 206 with the fixing belt 218 made of rubber. The optical fiber 204 for light irradiation is connected to the optical fiber 202 for light source via the optical fiber coupler 203a, and the optical fibers 207a and 207b for light detection are connected.
Are connected to photodetector optical fibers 209a and 209b through optical fiber couplers 203b and 203c, respectively. An optical fiber 202 for a light source and an optical fiber 209 for a photodetector are provided on the front panel of the optical measuring device 219.
a, 209b, an output signal strength adjusting knob 220, an output signal value display window 221, and a display device 214. Inside the optical measuring device 219, a differential amplifier, an A / D converter,
Microprocessor, light source, photodetector, optical switch,
Other necessary electric circuits are arranged.

【0089】出力信号値表示窓221には2箇所で検出
される通過光強度の対数差分信号値がデジタル表示され
ており、出力信号調整つまみ220を用いて対数差分信
号値のオフセット値を決定する。例えば、被検体の脳内
部において局所的な血液動態の変化が無い時に、2箇所
で検出される通過光強度の対数差分信号が0になるよう
に調整する。その後計測を開始し、対数差分信号の時系
列データ222が表示装置214上にグラフ表示され
る。また、上述したような演算を行い、局所の血流量あ
るいは酸化ヘモグロビン量あるいは還元ヘモグロビン量
の相対変化量時間変化をグラフ表示する。
In the output signal value display window 221, the logarithmic difference signal value of the transmitted light intensity detected at two places is digitally displayed, and the output signal adjusting knob 220 is used to determine the offset value of the logarithmic difference signal value. . For example, when there is no local change in hemodynamics inside the brain of the subject, the logarithmic difference signal of the transmitted light intensity detected at two locations is adjusted to be zero. After that, the measurement is started, and the time series data 222 of the logarithmic difference signal is graphically displayed on the display device 214. In addition, the above-described calculation is performed, and the relative change amount time change of the local blood flow amount, the oxyhemoglobin amount or the reduced hemoglobin amount is displayed in a graph.

【0090】(実施例4)本発明による生体光計測装置
の実施例4の概略構成を図20に示す。
(Embodiment 4) FIG. 20 shows a schematic configuration of Embodiment 4 of the biological light measuring device according to the present invention.

【0091】光源201から発せられる光レンズ系を用
いて集光し、光源用光ファイバー202に入射する。光
源から発せられる光は、外来起因の雑音を除去するため
に発振器223によって100Hz〜10MHz程度の
任意の周波数で強度変調されている。光源用光ファイバ
ー202は光ファイバー連結器203aを介して光照射
用光ファイバー204と接続しているため、光源からの
光は光照射用光ファイバー204に伝達し、光照射位置
205より被検体206に照射される。用いる光の波長
は生体内の注目物質の分光特性によるが、HbとHbO
2の濃度から酸素飽和度や血液量を計測する場合には6
00nm〜1400nmの波長範囲の光の中から1ある
いは複数波長選択して用いる。光源としては、半導体レ
ーザ、チタンサファイアレーザ、発光ダイオード等を用
いることができる。
A light lens system emitted from the light source 201 is used to collect the light and enter the optical fiber 202 for the light source. The light emitted from the light source is intensity-modulated by the oscillator 223 at an arbitrary frequency of about 100 Hz to 10 MHz in order to remove noise caused by external sources. Since the light source optical fiber 202 is connected to the light irradiation optical fiber 204 through the optical fiber coupler 203a, the light from the light source is transmitted to the light irradiation optical fiber 204 and is irradiated to the subject 206 from the light irradiation position 205. . The wavelength of the light used depends on the spectral characteristics of the substance of interest in the living body, but Hb and HbO
6 when measuring oxygen saturation and blood volume from the concentration of 2
One or a plurality of wavelengths are selected and used from the light in the wavelength range of 00 nm to 1400 nm. As the light source, a semiconductor laser, a titanium sapphire laser, a light emitting diode or the like can be used.

【0092】被検体206を通過して出射する光を検出
するための4本の光検出用光ファイバー207a,20
7b,207c,207dを、被検体206上の異なる
4箇所に配置する。本実施例では、2本の光検出用光フ
ァイバー207bと207cを光照射位置205を対称
中心として点対称の2箇所に配置し、光照射位置205
の重心点を原点として光検出用光ファイバー207bの
重心点を通るような半直線上に光検出用光ファイバー2
07aの重心点が存在するように光検出用光ファイバー
207aを配置し、さらに、光照射位置205の重心点
を原点として光検出用光ファイバー207cの重心点を
通るような半直線上に光検出用光ファイバー207dの
重心点が存在するように光検出用光ファイバー207d
を配置する。光検出用光ファイバー207aと光検出用
光ファイバー207dの重心点が上記半直線上に存在し
ていればどこに配置してもよいが、本実施例では前記光
照射位置205を対称中心として点対称でかつ光検出用
光ファイバー207bと207cの外側に配置する。こ
こで、光照射用光ファイバー204と光検出用光ファイ
バー207a,207b,207c,207dは、表面
を黒色に塗装した金属製の光ファイバー固定部材208
で固定されている。光検出用光ファイバー207a,2
07b,207c,207dは、光ファイバー連結器2
03b,203c,2−3d,203eを介して光検出
器用光ファイバー209a,209b,209c,20
9dに連結しているため、光検出用光ファイバー207
a,207b,207c,207dで検出された通過光
は、光検出器210a,210b,210c,210d
まで伝達し、光検出器210で光電変換された通過光強
度が電気信号強度として出力される。光検出器210と
しては、例えばフォトダイオードや光電子増倍管等の光
電変換素子を用いることができる。
Four photodetection optical fibers 207a, 20 for detecting the light emitted after passing through the subject 206.
7b, 207c, and 207d are arranged at four different locations on the subject 206. In this embodiment, two optical fibers for light detection 207b and 207c are arranged at two points of point symmetry with the light irradiation position 205 as the center of symmetry.
The optical detection optical fiber 2 is located on a half line that passes through the center of gravity of the optical fiber for optical detection 207b with the center of gravity of
The optical detection optical fiber 207a is arranged so that the center of gravity of 07a exists, and the optical detection optical fiber 207a is located on a half line passing through the center of gravity of the optical detection optical fiber 207c with the center of gravity of the light irradiation position 205 as the origin. Optical detection optical fiber 207d so that the center of gravity of 207d exists.
Place. The center of gravity of the optical fiber 207a for detecting light and the optical fiber 207d for detecting light may be arranged anywhere as long as they are on the above-mentioned half line, but in the present embodiment, they are point-symmetrical with the light irradiation position 205 as the center of symmetry. It is arranged outside the optical fibers 207b and 207c for light detection. Here, the light irradiating optical fiber 204 and the light detecting optical fibers 207a, 207b, 207c, and 207d are metal optical fiber fixing members 208 whose surfaces are painted black.
It is fixed at. Optical fibers for light detection 207a, 2
Reference numerals 07b, 207c and 207d denote optical fiber couplers 2
Optical fibers 209a, 209b, 209c, 20 for photodetectors via 03b, 203c, 2-3d, 203e.
Since it is connected to 9d, the optical fiber 207 for light detection
The passing light detected by a, 207b, 207c, and 207d is the photodetectors 210a, 210b, 210c, and 210d.
The transmitted light intensity that has been transmitted up to and is photoelectrically converted by the photodetector 210 is output as the electric signal intensity. As the photodetector 210, for example, a photoelectric conversion element such as a photodiode or a photomultiplier tube can be used.

【0093】光検出器210a及び210bで出力され
た通過光強度を表わす電気信号は、それぞれロックイン
アンプ224aと224bで光源の強度変調周波数成分
のみを抽出される。ロックインアンプ224aからの出
力は、対数増幅器225aで対数変換された後に差動増
幅器211aの負極に入力され、ロックインアンプ22
4bからの出力は、対数増幅器225bで対数変換され
た後に差動増幅器211aの正極に入力される。光検出
器210c及び210dで出力された通過光強度を表わ
す電気信号は、それぞれロックインアンプ224cと2
24dで光源の強度変調周波数成分のみを抽出される。
ロックインアンプ224dからの出力は、対数増幅器2
25dで対数変換された後に差動増幅器211bの負極
に入力され、ロックインアンプ224cからの出力は、
対数増幅器225cで対数変換された後に差動増幅器2
11bの正極に入力される。さらに、差動増幅器211
aからの出力を差動増幅器211cの負極に入力し、差
動増幅器211bからの出力を差動増幅器211cの正
極に入力する。その結果として、異なる4ヵ所の位置で
の通過光強度の対数差分信号が、出力信号として差動増
幅器211cより出力される。差動増幅器211cから
の出力信号を逐次、A/D変換器212でデジタル信号
を変換し、計算機213に取り込み表示装置214に時
系列データとしてグラフ表示する。
The electric signals representing the transmitted light intensities output from the photodetectors 210a and 210b are extracted by the lock-in amplifiers 224a and 224b, respectively, only the intensity modulation frequency component of the light source. The output from the lock-in amplifier 224a is logarithmically converted by the logarithmic amplifier 225a and then input to the negative electrode of the differential amplifier 211a.
The output from 4b is logarithmically converted by the logarithmic amplifier 225b and then input to the positive electrode of the differential amplifier 211a. The electric signals representing the transmitted light intensities output from the photodetectors 210c and 210d are the lock-in amplifiers 224c and 2c, respectively.
At 24d, only the intensity modulation frequency component of the light source is extracted.
The output from the lock-in amplifier 224d is the logarithmic amplifier 2
After being logarithmically converted by 25d, it is input to the negative electrode of the differential amplifier 211b, and the output from the lock-in amplifier 224c is
After being logarithmically converted by the logarithmic amplifier 225c, the differential amplifier 2
It is input to the positive electrode of 11b. Further, the differential amplifier 211
The output from a is input to the negative electrode of the differential amplifier 211c, and the output from the differential amplifier 211b is input to the positive electrode of the differential amplifier 211c. As a result, a logarithmic difference signal of passing light intensity at four different positions is output from the differential amplifier 211c as an output signal. The output signal from the differential amplifier 211c is sequentially converted into a digital signal by the A / D converter 212, which is taken into the computer 213 and displayed as a time series data in a graph on the display device 214.

【0094】ここで、図20に示すように、局所的に血
液動態が変化する領域215が、光検出用光ファイバー
の視野216bのみに含まれていれば、差動増幅器21
1cより出力される通過光強度の対数差分信号は、局所
的な血液動態の変化のみを反映していることになる。近
赤外光に対しては血液中の主成分であるヘモグロビンが
光吸収に対して支配的に働くことを前提に、差動増幅器
211cより出力される対数差分信号の意味を以下に説
明する。
Here, as shown in FIG. 20, if the region 215 in which hemodynamics locally changes is included only in the visual field 216b of the optical fiber for photodetection, the differential amplifier 21
The logarithmic difference signal of the passing light intensity output from 1c reflects only the local hemodynamic change. The meaning of the logarithmic difference signal output from the differential amplifier 211c will be described below on the assumption that hemoglobin, which is the main component in blood, acts predominantly on light absorption for near-infrared light.

【0095】計測時間をt、光源波長をλ、照射光強度
をI0(t)、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビン濃度
をそれぞれCox(t),Cdeox(t)、局所領域215で変化
した酸化ヘモグロビン濃度と還元ヘモグロビン濃度をそ
れぞれΔCox(t),ΔCdeox(t)、光源波長λに対する酸
化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸光係数をそれぞ
れεox(λ),εdeox(λ)、光検出器210bと210c
で検出される通過光強度に含まれる散乱とヘモグロビン
以外の吸収による減衰をDs1、光検出器210aと21
0dで検出される通過光強度に含まれる散乱とヘモグロ
ビン以外に吸収による減衰をDs2、光検出器210bと
210cで検出される通過光強度に含まれる散乱によっ
て生じる重み係数をd1、光検出器210aと210dで
検出される通過光強度に含まれる散乱によって生じる重
み係数をdとすると、光検出器210cで検出される通
過光強度信号Id1(t)、光検出器210dで検出される
通過光強度信号Id2(t)、光検出器210bで検出され
る通過光強度信号Id1′(t)、及び光検出器210aで
検出される通過光強度信号Id2′(t)は、それぞれ下式
数13〜数16で表される。
The measurement time is t, the light source wavelength is λ, the irradiation light intensity is I0 (t), the oxyhemoglobin and reduced hemoglobin concentrations are Cox (t) and Cdeox (t), respectively, and the oxyhemoglobin concentration changed in the local region 215. The reduced hemoglobin concentrations are ΔCox (t) and ΔCdeox (t), the absorption coefficients of oxyhemoglobin and reduced hemoglobin with respect to the light source wavelength λ are εox (λ) and εdeox (λ), and photodetectors 210b and 210c, respectively.
The attenuation due to the scattering and the absorption other than hemoglobin included in the intensity of the passing light detected by Ds1 and the photodetectors 210a and 21
In addition to scattering and hemoglobin included in the transmitted light intensity detected at 0d, the attenuation due to absorption is Ds2, the weighting factor caused by the scattering included in the transmitted light intensity detected at the photodetectors 210b and 210c is d1, and the photodetector 210a. And d is a weighting coefficient generated by the scattering included in the transmitted light intensity detected by 210d and 210d, the transmitted light intensity signal Id1 (t) detected by the photodetector 210c and the transmitted light intensity detected by the photodetector 210d. The signal Id2 (t), the passing light intensity signal Id1 ′ (t) detected by the photodetector 210b, and the passing light intensity signal Id2 ′ (t) detected by the photodetector 210a are respectively expressed by the following formulas 13 to It is expressed by Equation 16.

【0096】[0096]

【数13】 Id1(t)=Ds1・exp[−[εox(λ)(Cox(t)+ΔCox(t)) +εdeox(λ)(Cdeox(t)+ΔCdeox(t))]d1]I0(t) ・・・数13Id1 (t) = Ds1 · exp [− [εox (λ) (Cox (t) + ΔCox (t)) + εdeox (λ) (Cdeox (t) + ΔCdeox (t))] d1] I0 (t) ... Number 13

【0097】[0097]

【数14】 Id2(t)=Ds2・exp[−[εox(λ)(Cox(t)+ΔCox(t)) +εdeox(λ)(Cdeox(t)+ΔCdeox(t))]d2]I0(t) ・・・数14Id2 (t) = Ds2 · exp [− [εox (λ) (Cox (t) + ΔCox (t)) + εdeox (λ) (Cdeox (t) + ΔCdeox (t))] d2] I0 (t) ... Number 14

【0098】[0098]

【数15】 Id1′(t)=Ds1・exp[−[εox(λ)(Cox(t) +εdeox(λ)Cdeox(t)]d1]I0(t) ・・・数15Id1 ′ (t) = Ds1 · exp [− [εox (λ) (Cox (t) + εdeox (λ) Cdeox (t)] d1] I0 (t) ...

【0099】[0099]

【数16】 Id2′(t)=Ds2・exp[−[εox(λ)(Cox(t) +εdeox(λ)Cdeox(t)]d2]I0(t) ・・・数16 次に、数13と数14の自然対数をとった後に、数13
から数14を減算すると、次式数17が得られる。
Id2 ′ (t) = Ds2 · exp [− [εox (λ) (Cox (t) + εdeox (λ) Cdeox (t)] d2] I0 (t) ... Equation 16 Next, Equation 13 After taking the natural logarithm of
By subtracting the equation 14 from, the following equation 17 is obtained.

【0100】[0100]

【数17】 In[Id1(t)/Id2(t)]=1n[Ds1/Ds2]−[εox(λ)(Cox(t) +ΔCox(t))+εdeox(λ)(Cdeox(t)+ΔCdeox(t))](d1−d2)・・・数17 数15と数16の自然対数をとった後に数15から数1
6を減算すると、次式数18が得られる。
In [Id1 (t) / Id2 (t)] = 1n [Ds1 / Ds2] − [εox (λ) (Cox (t) + ΔCox (t)) + εdeox (λ) (Cdeox (t) + ΔCdeox ( t))] (d1-d2) ... Equation 17 After taking the natural logarithm of Equation 15 and Equation 16, Equation 15 to Equation 1
Subtracting 6 yields the following equation (18).

【0101】[0101]

【数18】 In[Id1′(t)/Id2′(t)]=1n[Ds1/Ds2]−[εox(λ)(Cox(t) +ΔCox(t))+εdeox(λ)(Cdeox(t)+ΔCdeox(t))](d1−d2)・・・数18 数17の左辺は差動増幅器211bの出力を表してお
り、数18の左辺は差動増幅器211aの出力を表して
いる。ここで、数17より数18を減算すると次式数1
9が得られる。
In [Id1 ′ (t) / Id2 ′ (t)] = 1n [Ds1 / Ds2] − [εox (λ) (Cox (t) + ΔCox (t)) + εdeox (λ) (Cdeox (t) + ΔCdeox (t))] (d1−d2) ... Equation 18 The left side of Equation 17 represents the output of the differential amplifier 211b, and the left side of Equation 18 represents the output of the differential amplifier 211a. Here, if Equation 18 is subtracted from Equation 17, the following Equation 1
9 is obtained.

【0102】[0102]

【数19】 In[(Id1(t)/Id2(t))(Id2′(t)/Id1′(t))] =−[εox(λ)ΔCox(t)+εdeox(λ)ΔCdeox(t)](d1−d2)・・・数19 数19の左辺は、差動増幅器211cからの出力、すな
わち計測された対数差分信号を表している。
In [(Id1 (t) / Id2 (t)) (Id2 ′ (t) / Id1 ′ (t))] = − [εox (λ) ΔCox (t) + εdeox (λ) ΔCdeox (t) ] (d1-d2) ... Mathematical 19 The left side of Mathematical 19 represents the output from the differential amplifier 211c, that is, the measured logarithmic difference signal.

【0103】ここで特に、光源波長として805nm±
10nmを用いて計測すると、前述の数9の関係が成立
するので、数19は定数Kを用いて下式数20のように
書き直すことができる。
Here, in particular, the light source wavelength is 805 nm ±
When the measurement is performed using 10 nm, the above-mentioned relation of the equation 9 is established, and therefore the equation 19 can be rewritten as the following equation 20 using the constant K.

【0104】[0104]

【数20】 In[(Id1(t)/Id2(t)(Id2′(t)/Id1′(t))] =−[ΔCox(t)+ΔCdeox(t)]・K ・・・数20 従って、光源波長805nm±10nmを用いて計測さ
れた対数差分信号は、相対血液変化量[ΔCox(t)+Δ
Cdeox(t)]に相当する値を表している。
## EQU20 ## In [(Id1 (t) / Id2 (t) (Id2 '(t) / Id1' (t))] =-[. DELTA.Cox (t) +. DELTA.Cdeox (t)]. K ... , The logarithmic difference signal measured using the light source wavelength 805 nm ± 10 nm is the relative blood change amount [ΔCox (t) + Δ
Cdeox (t)] is represented.

【0105】また、光源に用いる波長数を2波長(λ
1,λ2)にし、各波長に異なる強度変調周波数(f1,
f2)を与え、ロックインアンプで周波数分離すれば、
各波長の通過光強度信号を計測することができる。従っ
て、数19が各波長で成り立つので、次の数21及び数
22からなる連立方程式を導くことができる。
The number of wavelengths used for the light source is 2 wavelengths (λ
1, λ2) and different intensity modulation frequencies (f1,
f2) is given and the frequency is separated by the lock-in amplifier,
The transmitted light intensity signal of each wavelength can be measured. Therefore, since the equation (19) holds at each wavelength, the following simultaneous equations (21) and (22) can be derived.

【0106】[0106]

【数21】 In[(Id1(λ1,t)/Id2(λ1,t))(Id2′(λ1,t)/Id1′(λ1,t))] =−[εox(λ1)ΔCox(t)+εdeox(λ1)ΔCdeox(t)](d1−d2)・・・数21In [(Id1 (λ1, t) / Id2 (λ1, t)) (Id2 ′ (λ1, t) / Id1 ′ (λ1, t))] = − [εox (λ1) ΔCox (t) + Εdeox (λ1) ΔCdeox (t)] (d1-d2) ・ ・ ・ Equation 21

【0107】[0107]

【数22】 In[(Id1(λ2,t)/Id2(λ2,t))(Id2′(λ2,t)/Id1′(λ2,t))] =−[εox(λ2)ΔCox(t)+εdeox(λ2)ΔCdeox(t)](d1−d2)・・・数22 吸光係数εox(λ1),εox(λ2),εdeox(λ1),εdeox
(λ2)は既知であるので、酸化ヘモグロビンの変化量に
相当する値ΔCox(t)(d1−d2)と還元ヘモグロビンの
変化量に相当するΔCdeox(t)(d1−d2)を、数21及
び数22を計算機213内で解くことで求めることがで
き、求められた相対変化量の時系列データを表示装置2
14上にグラフ表示する。さらに拡張して波長数を増や
し、(d1−d2)を消去、または微量にあるヘモグロ
ビン以外の吸光物質濃度の相対変化量を求めることも可
能である。
In [(Id1 (λ2, t) / Id2 (λ2, t)) (Id2 ′ (λ2, t) / Id1 ′ (λ2, t))] = − [εox (λ2) ΔCox (t) + Εdeox (λ2) ΔCdeox (t)] (d1-d2) ・ ・ ・ Equation 22 Extinction coefficient εox (λ1), εox (λ2), εdeox (λ1), εdeox
Since (λ2) is known, the value ΔCox (t) (d1−d2) corresponding to the amount of change in oxyhemoglobin and ΔCdeox (t) (d1−d2) corresponding to the amount of change in reduced hemoglobin can be calculated using Equation 21 and It can be obtained by solving the equation 22 in the computer 213, and the time series data of the obtained relative change amount can be displayed on the display device 2.
Graph on 14 It is also possible to further expand to increase the number of wavelengths, eliminate (d1-d2), or obtain the relative change amount of the concentration of a light-absorbing substance other than a small amount of hemoglobin.

【0108】また、図21に示すように、ロックインア
ンプ、対数増幅器、差動増幅器を使用せずに、光検出器
210a,210b,210c,210dからの検出信
号をそれぞれA/D変換器212でデジタル信号に変換
した後、計算機213内でFFT処理をして光源の強度
変調周波数に相当する信号のみを抽出し、異なる4ヵ所
の検出位置での通過光強度の対数差分を上述の計算過程
と同様の手順で計算した後、求められた相対変化量を、
時系列データとして表示装置214上にグラフ表示する
こともできる。
Further, as shown in FIG. 21, the detection signals from the photodetectors 210a, 210b, 210c and 210d are respectively A / D converter 212 without using the lock-in amplifier, logarithmic amplifier and differential amplifier. After being converted into a digital signal by FFT processing in the computer 213, only the signal corresponding to the intensity modulation frequency of the light source is extracted, and the logarithmic difference of the passing light intensity at four different detection positions is calculated as described above. After calculating by the same procedure as above, the calculated relative change amount is
A graph can be displayed on the display device 214 as time-series data.

【0109】(実施例5)本発明による生体光計測装置
の実施例5の概略構成を図22に示す。
(Fifth Embodiment) FIG. 22 shows a schematic configuration of a fifth embodiment of the biological optical measurement device according to the present invention.

【0110】光源201aと201bから発せられる光
をレンズ系を用いて集光し、それぞれ光源用光ファイバ
ー202aと202bに入射する。各光源から発せられ
る光は、外来起因の雑音を除去するために各発振器22
3a,223bによって100Hz〜10MHz程度の
異なる任意の周波数fで強度変調されている。ここで
は、光源201aの強度変調周波数をf1とし、光源2
01bの強度変調周波数をf2とする。光源用光ファイ
バー202aは光ファイバー連結器203aを介して光
照射用光ファイバー204aと接続しており、光源用光
ファイバー202bは光ファイバー連結器203cを介
して光照射用光ファイバー204bと接続しているた
め、各光源からの光は光照射用光ファイバー204aと
204bに伝達し、光照射位置205aと205bより
被検体206に照射される。また、参照光を得るために
光照射用光ファイバー204a,204bの途中で分波
器226a,226bを用いて分波し、光検出器210
aと210cで各光源の強度を電気信号に変換する。光
検出器210aから出力される光源201aの参照光強
度信号はロックインアンプ224aに入力し、発振器2
23aからの参照周波数をもとに分離される。ロックイ
ンアンプ224aからの出力は、対数増幅器5aに入力
されて対数変換された後に差動増幅器211aの負極に
入力される。光検出器210cから出力される光源20
1bの参照光強度信号はロックインアンプ224dに入
力し、発振器223bからの参照周波数をもとに分離さ
れる。ロックインアンプ224dからの出力は、対数増
幅器225dに入力されて対数変換された後に差動増幅
器211bの負極に入力する。用いる光の波長は生体内
の注目物質の分光特性によるが、HbとHbO2の濃度
から酸素飽和度や血流量を測定する場合には600nm
〜1400nmの波長範囲の光の中から1あるいは複数
波長選択して用いる。光源としては、半導体レーザ、チ
タンサフィアレーザ、発光ダイオード等を用いることが
できる。
The light emitted from the light sources 201a and 201b is condensed using a lens system and is incident on the light source optical fibers 202a and 202b, respectively. The light emitted from each light source is generated by each oscillator 22 in order to remove external noise.
The intensity is modulated by 3a and 223b at different arbitrary frequencies f of about 100 Hz to 10 MHz. Here, the intensity modulation frequency of the light source 201a is f 1 , and the light source 2
The intensity modulation frequency of 01b is f 2 . The light source optical fiber 202a is connected to the light irradiation optical fiber 204a via the optical fiber coupler 203a, and the light source optical fiber 202b is connected to the light irradiation optical fiber 204b via the optical fiber coupler 203c. Light is transmitted to the light irradiation optical fibers 204a and 204b, and is irradiated onto the subject 206 from the light irradiation positions 205a and 205b. In addition, in order to obtain the reference light, the optical demultiplexers 226a and 226b are used in the middle of the light irradiation optical fibers 204a and 204b to perform demultiplexing, and the photodetector 210
A and 210c convert the intensity of each light source into an electric signal. The reference light intensity signal of the light source 201a output from the photodetector 210a is input to the lock-in amplifier 224a, and the oscillator 2
It is separated based on the reference frequency from 23a. The output from the lock-in amplifier 224a is input to the logarithmic amplifier 5a and logarithmically converted, and then input to the negative electrode of the differential amplifier 211a. Light source 20 output from photodetector 210c
The reference light intensity signal 1b is input to the lock-in amplifier 224d and separated based on the reference frequency from the oscillator 223b. The output from the lock-in amplifier 224d is input to the logarithmic amplifier 225d, logarithmically converted, and then input to the negative electrode of the differential amplifier 211b. The wavelength of the light used depends on the spectral characteristics of the substance of interest in the living body, but when measuring the oxygen saturation and blood flow from the concentrations of Hb and HbO 2 , it is 600 nm.
One or a plurality of wavelengths are selected from the light in the wavelength range of 1400 nm to be used. A semiconductor laser, a titanium sapphire laser, a light emitting diode, or the like can be used as the light source.

【0111】被検体206を通過して出射する光を検出
するめに1本の光検出用光ファイバー207を、被検体
206上の光照射位置205aと205bから等距離等
の位置に配置する。ここで、光照射用光ファイバー20
4aと204bと光検出用光ファイバー207は、表面
を黒色に塗装された光ファイバー固定部材208で固定
されている。光検出用光ファイバー207は、光ファイ
バー連結器203bを介して光検出器用光ファイバー2
09に連結しているため、光検出用光ファイバー207
で検出された通過光は、光検出器210bまで伝達し、
光検出器2拐0bで光電変換され通過光強度が電気信号
強度として出力される。光検出器210bとしては、例
えばフォトダイオードや光電子増倍管等の光電変換素子
を用いる。
In order to detect the light emitted after passing through the subject 206, one optical fiber 207 for light detection is arranged at a position equidistant from the light irradiation positions 205a and 205b on the subject 206. Here, the optical fiber 20 for light irradiation
The surfaces 4a and 204b and the optical fiber 207 for light detection are fixed by an optical fiber fixing member 208 whose surface is painted black. The optical fiber 207 for photodetection is the optical fiber 2 for photodetector via the optical fiber coupler 203b.
09 is connected to the optical fiber 207 for light detection.
The passing light detected by is transmitted to the photodetector 210b,
The light is photoelectrically converted by the photodetector 20b and the intensity of the passing light is output as the electrical signal intensity. As the photodetector 210b, for example, a photoelectric conversion element such as a photodiode or a photomultiplier tube is used.

【0112】光検出器210bで出力された通過光強度
を表す電気信号は、光源201aに対する通過光強度信
号と光源201bに対する通過光強度信号を含んでいる
ため、ロックインアンプ224bで光源201aに対す
る強度変調周波数成分のみを抽出し、ロックインアンプ
224cで光源201bに対する強度変調周波数成分の
みを抽出する。ロックインアンプ224bからの出力
は、対数増幅器225bで対数変換された後に、差動増
幅器211aの正極に入力される。ロックインアンプ2
24cからの出力は、対数増幅器225cで対数変換さ
れた後に、差動増幅器211bの正極に入力される。そ
の結果として、差動増幅器211aからは、光源201
aの強度と光源201aに対する通過光強度の対数差分
信号が出力信号として出力され、差動増幅器211bか
らは、光源201bの強度と光源201aに対する通過
光強度の対数差分信号が出力信号として出力される。さ
らに、差動増幅器211aからの出力を差動増幅器21
1cの負極へ入力し、差動増幅器211bからの出力を
差動増幅器211cの正極へ入力すると、差動増幅器2
11cから光源強度の揺らぎを除去した通過光強度の対
数差分信号が出力される。差動増幅器211cからの出
力信号を逐次、A/D変換器212でデジタル信号に変
換し、計算器213に取り込み表示装置214に時系列
データとして表示する。
The electric signal representing the transmitted light intensity output from the photodetector 210b includes the transmitted light intensity signal for the light source 201a and the transmitted light intensity signal for the light source 201b. Therefore, the intensity for the light source 201a is detected by the lock-in amplifier 224b. Only the modulation frequency component is extracted, and the lock-in amplifier 224c extracts only the intensity modulation frequency component for the light source 201b. The output from the lock-in amplifier 224b is logarithmically converted by the logarithmic amplifier 225b and then input to the positive electrode of the differential amplifier 211a. Lock-in amplifier 2
The output from 24c is logarithmically converted by the logarithmic amplifier 225c and then input to the positive electrode of the differential amplifier 211b. As a result, from the differential amplifier 211a, the light source 201
A logarithmic difference signal between the intensity of a and the transmitted light intensity to the light source 201a is output as an output signal, and a logarithmic difference signal between the intensity of the light source 201b and the transmitted light intensity to the light source 201a is output as an output signal from the differential amplifier 211b. . Further, the output from the differential amplifier 211a is fed to the differential amplifier 21.
1c is input to the negative electrode and the output from the differential amplifier 211b is input to the positive electrode of the differential amplifier 211c.
From 11c, the logarithmic difference signal of the passing light intensity after the fluctuation of the light source intensity is removed is output. The output signal from the differential amplifier 211c is sequentially converted into a digital signal by the A / D converter 212, is taken into the calculator 213, and is displayed on the display device 214 as time series data.

【0113】ここで、図22に示すように、局所的に血
液動態が変化する領域215が、光検出用光ファイバー
の視野216bにのみ含まれていれば、計測される対数
差分信号は局所的な血液動態の変化のみを反映している
ことになる。近赤外光に対して波血液中の主成分である
ヘモグロビンが光吸収に対して支配的に働くことを前提
に、計測される対数差分信号の意味を以下に説明する。
Here, as shown in FIG. 22, if the region 215 in which the hemodynamics are locally changed is included only in the visual field 216b of the optical fiber for photodetection, the measured logarithmic difference signal is local. It reflects only changes in hemodynamics. Meaning of the logarithmic difference signal to be measured will be described below on the assumption that hemoglobin, which is a main component of blood in the near infrared light, predominantly acts on light absorption.

【0114】計測時間をt、光源波長をλ、照射位置5
bからの照射光強度をI0(t)、照射位置5aからの照
射光強度をI0′(t)、分波器226bからの参照光強
度をIr(t)、分波器226aからの参照光強度をI
r′(t)、分波器の参照光への分波比率をα、すなわち I0(t):Ir(t)=I0′(t):Ir′(t)=1:α とし、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビン濃度をそれ
ぞれCox(t)、Cdeox(t)局所領域215で変化した酸化
ヘモグロビン濃度と還元ヘモグロビン濃度をそれぞれΔ
Cox(t),ΔCdeox(t)、光源波長λに対する酸化ヘモグ
ロビンと還元ヘモグロビンの吸光係数をそれぞれεox
(λ),εdeox(λ)、散乱とヘモグロビン以外の吸収によ
る減衰をDs、散乱によって生じる重み係数をdとする
と、光検出器210bで検出される光源201bに対す
る通過光強度信号Id(t)、即ちロックインアンプ224
cからの出力は下式(23)で表され、光検出器210
bで検出される光源201aに対する通過光強度信号I
d′(t)、即ちロックインアンプ224bからの出力は
下式数24で表される。
Measurement time t, light source wavelength λ, irradiation position 5
b, the irradiation light intensity from the irradiation position 5a is I0 '(t), the reference light intensity from the demultiplexer 226b is Ir (t), the reference light from the demultiplexer 226a. Strength I
r ′ (t), the demultiplexing ratio of the demultiplexer to the reference light is α, that is, I0 (t): Ir (t) = I0 ′ (t): Ir ′ (t) = 1: α, and oxyhemoglobin And the reduced hemoglobin concentration are Cox (t), and the oxyhemoglobin concentration and the reduced hemoglobin concentration changed in the Cdeox (t) local region 215 are Δ, respectively.
Cox (t), ΔCdeox (t), and the absorption coefficients of oxyhemoglobin and deoxyhemoglobin with respect to the light source wavelength λ are εox, respectively.
(λ), εdeox (λ), where Ds is the attenuation due to scattering and absorption other than hemoglobin, and d is the weighting factor caused by scattering, the passing light intensity signal Id (t) for the light source 201b detected by the photodetector 210b, That is, the lock-in amplifier 224
The output from c is expressed by the following equation (23), and the photodetector 210
light intensity signal I for the light source 201a detected by b
d '(t), that is, the output from the lock-in amplifier 224b is expressed by the following equation 24.

【0115】[0115]

【数23】 Id(t)=Ds・exp[−[εox(λ)(Cox(t)+ΔCox(t)) +εdeox(λ)(Cdeox(t)+ΔCdeox(t))]d]I0(t) ・・・数23Id (t) = Ds · exp [− [εox (λ) (Cox (t) + ΔCox (t)) + εdeox (λ) (Cdeox (t) + ΔCdeox (t))] d] I0 (t) ... Number 23

【0116】[0116]

【数24】 Id′(t)=Ds・exp[−[εox(λ)Cox(t)÷εdeox(λ)Cdeox(t)]d]I0′(t) ・・・数24 次に、(23)式と(24)式の自然対数をとった後に
変形すると、数23は下式数25となり、数24は下式
数26となる。
Id ′ (t) = Ds · exp [− [εox (λ) Cox (t) ÷ εdeox (λ) Cdeox (t)] d] I0 ′ (t) ... When the natural logarithms of the equations (23) and (24) are taken and then transformed, the equation (23) becomes the following equation (25), and the equation (24) becomes the following equation (26).

【0117】[0117]

【数25】 In[Id(t)/I0(t)]=In[Ds]−[εox(λ)(Cox(t)+ΔCox(t)) +εdeox(λ)(Cdeox(t)+ΔCdeox(t))]d ・・・数25In [Id (t) / I0 (t)] = In [Ds] − [εox (λ) (Cox (t) + ΔCox (t)) + εdeox (λ) (Cdeox (t) + ΔCdeox (t) )] d ...

【0118】[0118]

【数26】 In[Id′(t)/I0′(t)] =In[Ds]−[εox(λ)Cox(t)+εdeox(λ)Cdeox(t)]d・・・数26 さらに(25)式から(26)式を減算すると、次式
(27)が得られる。
In [Id ′ (t) / I0 ′ (t)] = In [Ds] − [εox (λ) Cox (t) + εdeox (λ) Cdeox (t)] d ... By subtracting the expression (26) from the expression (25), the following expression (27) is obtained.

【0119】[0119]

【数27】 In[(Id(t)/Id′(t))(I0′(t)/I0(t))] =−[εox(λ)ΔCox(t)+εdeox(λ)ΔCdeox(t)]d ・・・数27 ここで、In [(Id (t) / Id ′ (t)) (I0 ′ (t) / I0 (t))] = − [εox (λ) ΔCox (t) + εdeox (λ) ΔCdeox (t) ] d ・ ・ ・ Equation 27 where

【0120】[0120]

【数28】 Ir(t)=αI0(t) ・・・数28(Equation 28) Ir (t) = αI0 (t) ... Equation 28

【0121】[0121]

【数29】 Ir′(t)=αI0′(t) ・・・数29 であるから、差動増幅器211aからの出力は[Equation 29] Ir ′ (t) = αI0 ′ (t) ... Since Equation 29, the output from the differential amplifier 211a

【0122】[0122]

【数30】 In[Id′(t)/αI0′(t))] ・・・数30 である。数30は、数27の左辺と等しいので、差動増
幅器211cから出力された対数差分信号数27と等価
である。
In [Id ′ (t) / αI0 ′ (t))] ... Equation 30 Since the number 30 is equal to the left side of the number 27, it is equivalent to the number 27 of logarithmic difference signals output from the differential amplifier 211c.

【0123】ここで特に、光源波長として805nm±
10nmを用いて計測すると、前述の数9の関係が成立
するので、数27は定数Kを用いて下式数31のように
書き直すことができる。
Here, in particular, the light source wavelength is 805 nm ±
When the measurement is performed using 10 nm, the above-mentioned relation of the equation 9 is established, and therefore the equation 27 can be rewritten as the following equation 31 using the constant K.

【0124】[0124]

【数31】 In[(Id(t)/Id′(t))(I0′(t)/I0(t))] =−[ΔCox(t)+ΔCdeox(t)]K ・・・数31 従って、光源波長805nm±10nmを用いて計測さ
れた対数差分信号は、相対血液変化量[ΔCox(t)+ΔC
deox(t)]に相当する値を表している。また、光源に用い
る波長数を2波長(λ1,λ2)にし、各波長と各照射位
置毎に異なる強度変調周波数(f1,f2,f3,f4)を与
え、ロックインアンプで周波数分離すれば、各波長と各
照射位置毎の通過光強度信号を計測することができる。
従って、数27が各波長で成り立つので、次の数32及
び数33からなる連立方程式を導くことができる。
In [(Id (t) / Id '(t)) (I0' (t) / I0 (t))] =-[ΔCox (t) + ΔCdeox (t)] K ... , The logarithmic difference signal measured using the light source wavelength 805 nm ± 10 nm is the relative blood change amount [ΔCox (t) + ΔC
deox (t)] is represented. In addition, if the number of wavelengths used for the light source is set to two wavelengths (λ1, λ2), different intensity modulation frequencies (f1, f2, f3, f4) are given to each wavelength and each irradiation position, and the frequency is separated by the lock-in amplifier, The transmitted light intensity signal for each wavelength and each irradiation position can be measured.
Therefore, since Equation 27 holds for each wavelength, the following simultaneous equations of Equation 32 and Equation 33 can be derived.

【0125】[0125]

【数32】 In[(Id(λ1,t)/Id′(λ1,t))(I0′(λ1,t)/I0(λ1,t))] =−[εox(λ1)ΔCox(t)+εdeox(λ1)ΔCdeox(t)]d・・・数32In [(Id (λ1, t) / Id '(λ1, t)) (I0' (λ1, t) / I0 (λ1, t))] =-[εox (λ1) ΔCox (t) + Εdeox (λ1) ΔCdeox (t)] d ...

【0126】[0126]

【数33】 In[(Id(λ2,t)/Id′(λ2,t))(I0′(λ2,t)/I0(λ2,t))] =−[εox(λ2)ΔCox(t)+εdeox(λ2)ΔCdeox(t)]d・・・数33 吸光係数εox(λ1),εox(λ2),εdeox(λ1),εdeox
(λ2)は既知であるので、酸化ヘモグロビンの変化量に
相当する値ΔCOX(t)dと還元ヘモグロビンの変化量
に相当するΔCdeox(t)dを、数32及び数33を計算
機213内で解くことで求めることができ、求められた
相対変化量の時系列データを表示装置214上にグラフ
表示する。さらに拡張して波長数を増やし、dを消去、
または微量にあるヘモグロビン以外の吸光物質濃度の相
対変化量を求めることも可能である。
In [(Id (λ2, t) / Id '(λ2, t)) (I0' (λ2, t) / I0 (λ2, t))] =-[εox (λ2) ΔCox (t) + Εdeox (λ2) ΔCdeox (t)] d ... Equation 33 Extinction coefficient εox (λ1), εox (λ2), εdeox (λ1), εdeox
Since (λ2) is known, the value ΔCOX (t) d corresponding to the amount of change in oxyhemoglobin and the ΔCdeox (t) d corresponding to the amount of change in reduced hemoglobin are solved in the computer 213 using equations 32 and 33. The time series data of the calculated relative change amount can be displayed as a graph on the display device 214. Further expand to increase the number of wavelengths, eliminate d,
Alternatively, it is possible to obtain the relative change amount of the concentration of the light-absorbing substance other than a small amount of hemoglobin.

【0127】また、図23に示すように、ロックインア
ンプ、対数増幅器、差動増幅器を使用せずに、光検出器
210a,210b,210cからの検出信号をそれぞ
れA/D変換器212でデジタル信号に変換した後、計
算機213内でFFT処理をして各光源の強度変調周波
数に相当する信号のみを抽出し、上述の計算過程と同様
の手順で計算して、求められた相対変化量を時系列デー
タとして表示装置214上にグラフ表示することもでき
る。
Further, as shown in FIG. 23, the detection signals from the photodetectors 210a, 210b and 210c are respectively digitalized by the A / D converter 212 without using a lock-in amplifier, a logarithmic amplifier and a differential amplifier. After conversion into a signal, FFT processing is performed in the calculator 213 to extract only the signal corresponding to the intensity modulation frequency of each light source, and the calculated relative change amount is calculated by the same procedure as the above calculation process. A graph can be displayed on the display device 214 as time-series data.

【0128】[0128]

【発明の効果】本発明では、低コストの光照射手段、光
検出器を用い、簡単な演算処理であるため経済的な装置
で高速の処理ができ、被定測体の形状を表す平面画像と
対応づけた生体機能を画像化ができるので、特に生体の
局所定な機能の測定に有効な手段となる。
According to the present invention, a low-cost light irradiation means and a photodetector are used, and since the arithmetic processing is simple, high-speed processing can be performed with an economical device, and a planar image showing the shape of the object to be measured. Since the biological function associated with can be imaged, it becomes an effective means particularly for measuring a predetermined function of the biological body.

【0129】具体的には、てんかんの焦点決定や、また
重篤なてんかん等における脳切除手術の際に、切除部位
が被検者の重要な生体機能を損なわない部位であること
を確認するためにその画像を用いることができる。
Specifically, in order to confirm the focus of epilepsy, and to confirm that the excision site is a site that does not impair important biological functions of the subject during brain excision surgery in severe epilepsy, etc. The image can be used for.

【0130】従来技術によると、無負荷、負符を交互に
くり返して被検者の血液動態を計測する際に、被検者を
安静にし計測される信号が安定なるまで待たなければ基
準値が変動してしまい正しい計測を行うことができなか
った。本発明の計測方法によると信号の安定を待たずに
計測が可能となる。また、計測信号から揺らぎを除去す
ることができるので信号の精度を高めることができる。
According to the prior art, when measuring the hemodynamics of a subject by alternately repeating no load and a negative sign, the subject must be rested and the reference value must be waited until the measured signal stabilizes. It fluctuated and it was not possible to perform correct measurement. According to the measuring method of the present invention, the measurement can be performed without waiting for the signal to stabilize. In addition, since fluctuations can be removed from the measurement signal, the accuracy of the signal can be improved.

【0131】第1の検出位置と第2の検出位置をそれぞ
れ光照射位置から実質的等距離の位置に設定すると、生
体内部の全体的な血液動態変化に伴って、各検出位置に
おける通過光強度信号は等しく変化する。従って、第1
の検出位置における通過光強度信号と第2の検出位置に
おける通過光強度信号の対数差分を取ると、全体的な血
液動態変化に由来する信号変化は除去される。さらに、
第1あるいは第2の一方の検出位置における通過光強度
信号にのみ、局所の血液動態変化に伴う変化が含まれて
いれば、通過光強度対数差分信号は、局所の血液動態変
化のみを反映していることになる。
When the first detection position and the second detection position are set at positions that are substantially equidistant from the light irradiation position, the intensity of the transmitted light at each detection position is changed according to the overall hemodynamic change in the living body. The signal changes equally. Therefore, the first
By taking the logarithmic difference between the transmitted light intensity signal at the detection position and the transmitted light intensity signal at the second detection position, the signal change resulting from the overall hemodynamic change is removed. further,
If only the passing light intensity signal at the first or second detection position includes a change associated with the local hemodynamic change, the passing light intensity logarithmic difference signal reflects only the local hemodynamic change. Will be.

【0132】光線は、光照射位置から生体内に入って光
検出位置で生体外に出るまでの間に複雑な経路を通って
種々の生体組織と相互作用し、散乱や減衰を受けること
になる。本発明では、光照射位置から実質的等距離の位
置で生体から出射する光強度の対数差分をとるため、生
体組織による散乱や減衰の影響も相殺され、局所の血液
動態変化を反映する微小な信号を高精度で検出できるこ
とになる。
The light beam interacts with various living tissues through a complicated path from the light irradiation position into the living body to the outside of the living body at the light detection position, and is scattered and attenuated. . In the present invention, since the logarithmic difference of the light intensity emitted from the living body at a position substantially equidistant from the light irradiation position is taken, the influence of scattering and attenuation by the living tissue is offset, and a minute hemodynamic change reflecting a local hemodynamic change is cancelled. The signal can be detected with high accuracy.

【0133】[0133]

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】図1は、従来装置によって得られる生体通過光
強度の揺らぎを示すグラフである。
FIG. 1 is a graph showing fluctuations in the intensity of light passing through a living body obtained by a conventional device.

【図2】本発明による生体光計測装置の一実施例の構成
を示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of a biological optical measurement device according to the present invention.

【図3】図2の計測装置を使用した画像作成方法の一実
施例を説明するための図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining an example of an image creating method using the measuring device of FIG.

【図4】上記実施例の一計測点における計測信号を計測
信号から求められる予測無負荷信号15の経時変化を表
すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing a change over time of a predicted no-load signal 15 obtained from a measurement signal at one measurement point in the above embodiment.

【図5】上記実施例の一計測点におけるヘモグロビン濃
度相対変化量の時間変化を表すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing a temporal change of a relative change amount of hemoglobin concentration at one measurement point in the above-mentioned embodiment.

【図6】上記実施例におけるトポグラフィ画像を示すグ
ラフである。
FIG. 6 is a graph showing a topography image in the above embodiment.

【図7】上記実施例におけるトポグラフィ画像の別例を
示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing another example of the topography image in the above embodiment.

【図8】上記実施例におけるトポグラフィ画像の表示例
を示すグラフである。
FIG. 8 is a graph showing a display example of a topography image in the above embodiment.

【図9】本発明の生体光計測装置の他の実施例における
座標変換方法を説明するための図である。
FIG. 9 is a diagram for explaining a coordinate conversion method in another embodiment of the biological optical measurement device of the present invention.

【図10】本発明計測装置による表示例を示すグラフで
ある。
FIG. 10 is a graph showing a display example by the measuring device of the present invention.

【図11】本発明計測装置による表示例を示すグラフで
ある。
FIG. 11 is a graph showing a display example by the measuring device of the present invention.

【図12】本発明計測装置による表示例を示すグラフで
ある。
FIG. 12 is a graph showing a display example by the measuring device of the present invention.

【図13】本発明計測装置による表示例を示すグラフで
ある。
FIG. 13 is a graph showing a display example by the measuring device of the present invention.

【図14】本発明計測装置による表示例を示すグラフで
ある。
FIG. 14 is a graph showing a display example by the measuring device of the present invention.

【図15】本発明の別実施例による装置構成を説明する
ためのブロック図である。
FIG. 15 is a block diagram for explaining an apparatus configuration according to another embodiment of the present invention.

【図16】本発明の別実施例による装置構成を説明する
ためのブロック図である。
FIG. 16 is a block diagram for explaining an apparatus configuration according to another embodiment of the present invention.

【図17】(a)本発明の別実施例における光検出プロ
ーブを示す概略断面図及び、(b)本発明の別実施例に
おける光検出プローブを示す底面図である。
FIG. 17A is a schematic cross-sectional view showing a photodetection probe according to another embodiment of the present invention, and FIG. 17B is a bottom view showing the photodetection probe according to another embodiment of the present invention.

【図18】該光検出プローブの他の実施例を示す概略底
面図である。
FIG. 18 is a schematic bottom view showing another embodiment of the light detection probe.

【図19】概略光検出プローブの使用例を説明するため
の図である。
FIG. 19 is a diagram for explaining a usage example of the schematic light detection probe.

【図20】本発明の別実施例による装置構成を説明する
ためのブロックである。
FIG. 20 is a block diagram for explaining a device configuration according to another embodiment of the present invention.

【図21】本発明の別実施例による装置構成を説明する
ためのブロックである。
FIG. 21 is a block diagram for explaining a device configuration according to another embodiment of the present invention.

【図22】本発明の別実施例による装置構成を説明する
ためのブロックである。
FIG. 22 is a block diagram for explaining a device configuration according to another embodiment of the present invention.

【図23】本発明の別実施例による装置構成を説明する
ためのブロックである。
FIG. 23 is a block diagram for explaining a device configuration according to another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:発振器、2:光源、3:光ファイバー、4:結合
器、5:光ファイバー、6:被検者、7:光検出光ファ
イバー、8:光検出器、9:ロックインアンプ、10:
アナログ−デジタル変換器、11:計算機、12:記憶
装置、13:表示装置、14:計測信号、15:予測無
負荷信号、16:被検者、17:入射点、18:検出
点、19:推定計測点、20:ΔCoxy(t)信号、
21:ΔCdeoxy(t)信号、22:トポグラフィ
画像、23:脳表面画像、24:皮膚及び骨像、25:
脳像、26:マーカー像、27:計測点、28:垂線、
29:座標変換した計測点,30:入力装置 110:計測信号、111:予測無負荷信号、112:
負荷開始マーク、113:負荷終了マーク、114:差
分信号、115:基線、116a:ΔCoxy信号、11
6b:ΔCdeoxy信号、117a:ΔCoxy負荷時間積分
値、117b:ΔCdeoxy負荷時間積分値、118:計
測部位像、119:計測位置マーク、120:指示線、
121:グラフ、201:光源、202:光源用光ファ
イバー、203a〜203c:光ファイバー連結器、2
04:光照射用光ファイバー、205:光照射位置、2
06:被検体、207a〜207d:光検出用光ファイ
バー、208:光ファイバー固定部材、209a〜20
9d:光検出器用光ファイバー、210a〜210d:
光検出器、211:差動増幅器、212:A/D変換
器、213:計算機、214:表示装置、215:局所
的に血液動態が変化する領域、216a,216b:光
検出用光ファイバーの視野、217:被検体接触面、2
18:固定用ベルト、219:光計測装置、220:出
力信号調整つまみ、221:出力信号値表示窓、22
2:時系列データ、223a〜223c:発振器、22
4:ロックインアンプ、225:対数増幅器、226:
分波器
1: Oscillator, 2: Light source, 3: Optical fiber, 4: Coupler, 5: Optical fiber, 6: Subject, 7: Photodetection optical fiber, 8: Photodetector, 9: Lock-in amplifier, 10:
Analog-digital converter, 11: calculator, 12: storage device, 13: display device, 14: measurement signal, 15: predicted no-load signal, 16: subject, 17: incident point, 18: detection point, 19: Estimated measurement point, 20: ΔCoxy (t) signal,
21: ΔCdeoxy (t) signal, 22: topography image, 23: brain surface image, 24: skin and bone image, 25:
Brain image, 26: Marker image, 27: Measurement point, 28: Perpendicular line,
29: measurement point after coordinate conversion, 30: input device 110: measurement signal, 111: predicted no-load signal, 112:
Load start mark, 113: Load end mark, 114: Difference signal, 115: Base line, 116a: ΔCoxy signal, 11
6b: ΔCdeoxy signal, 117a: ΔCoxy load time integrated value, 117b: ΔCdeoxy load time integrated value, 118: measurement site image, 119: measurement position mark, 120: indicator line,
121: graph, 201: light source, 202: optical fiber for light source, 203a to 203c: optical fiber coupler, 2
04: optical fiber for light irradiation, 205: light irradiation position, 2
06: subject, 207a-207d: optical fiber for light detection, 208: optical fiber fixing member, 209a-20
9d: optical fiber for photodetector, 210a to 210d:
Photodetector, 211: differential amplifier, 212: A / D converter, 213: calculator, 214: display device, 215: region where hemodynamics locally change, 216a, 216b: field of view of optical fiber for photodetection, 217: Subject contact surface, 2
18: fixing belt, 219: optical measuring device, 220: output signal adjusting knob, 221: output signal value display window, 22
2: time series data, 223a to 223c: oscillator, 22
4: Lock-in amplifier, 225: Logarithmic amplifier, 226:
Duplexer

フロントページの続き (72)発明者 川口 文男 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 伊藤 嘉敏 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内Front page continuation (72) Inventor Fumio Kawaguchi 1-280 Higashi Koikekubo, Kokubunji, Tokyo Inside Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Yoshitoshi Ito 1-280 Higashi Koikeku, Kokubunji, Tokyo Hitachi Central Research Co., Ltd. In-house

Claims (38)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】被検体に可視から近赤外領域の波長の光を
照射する複数の光照射手段と、上記光照射手段から照射
され、上記被検体内部で通過した光を検出する複数の受
光手段と、上記受光手段で検出された信号を複数の受光
手段毎にかつ経時的に記憶する記憶手段と、上記記憶手
段に記憶された信号を用いて複数の計測点の計測対象の
信号に変換する演算手段と、上記演算手段の出力を推定
測定点の位置での信号を演算して求め二次元表示面に強
度信号として表す画像として表示する画像作成部とをも
つことを特徴とする生体光計測装置。
1. A plurality of light irradiating means for irradiating a subject with light having a wavelength in the visible to near infrared region, and a plurality of light receiving means for detecting the light emitted from the light irradiating means and passing through the inside of the subject. Means, a storage means for storing the signal detected by the light receiving means for each of the plurality of light receiving means over time, and a signal stored in the storage means to be converted into signals to be measured at a plurality of measurement points Living body light, and an image creating unit for displaying the output of the calculating unit by calculating the signal at the position of the estimated measurement point and displaying it as an image represented as an intensity signal on the two-dimensional display surface. Measuring device.
【請求項2】上記複数の光照射手段のそれぞれが波長の
異なる複数の光源と、上記複数の光源の光を互いに異な
った周波数で変調する変調器と、変調された複数の光を
照射位置に導く導波手段とからなり、上記複数の受光手
段のそれぞれが上記波長の異なる複数の光源からの光の
強度を分離する分離手段をもつことを特徴とするクレー
ム1の生体光計測装置。
2. A plurality of light sources each of which has a different wavelength, a modulator which modulates the light of the plurality of light sources at frequencies different from each other, and a plurality of light beams which are modulated at an irradiation position. The living body optical measurement system according to claim 1, characterized in that the living body optical measuring device comprises guide means for guiding, and each of the plurality of light receiving means has a separating means for separating the intensity of light from the plurality of light sources having different wavelengths.
【請求項3】上記分離手段が、上記変調器の変調信号で
駆動するロックインアンプで構成されたことを特徴とす
るクレーム2記載の生体光計測装置。
3. The living body optical measurement system according to claim 2, wherein the separating means is composed of a lock-in amplifier driven by a modulation signal of the modulator.
【請求項4】上記波長の異なる複数の光源の数が計測さ
れる光吸収体の種類数と同数であることを特徴とするク
レーム1記載の生体光計測装置。
4. The biological optical measurement device according to claim 1, wherein the number of the plurality of light sources having different wavelengths is the same as the number of types of light absorbers to be measured.
【請求項5】可視から近赤外領域の波長の光を被検体の
複数の光照射位置に照射する工程と、被検体内部を通過
した光を上記複数の光照射位置のそれぞれに対して少な
くとも一つの光検出点で検出する工程と、上記複数の光
照射位置から推定計測点での信号を演算する工程と、被
検体内部に含まれる光吸収体濃度を求める工程と、上記
第1ステップで得た複数の推定計測点の光吸収体濃度を
上記被検体を表す二次元面の画像として表示する工程
と、をもつことを特徴とする画像作成方法。
5. A step of irradiating a plurality of light irradiation positions of a subject with light having a wavelength in the visible to near-infrared region, and at least light passing through the inside of the subject to each of the plurality of light irradiation positions. A step of detecting at one light detection point, a step of calculating a signal at an estimated measurement point from the plurality of light irradiation positions, a step of obtaining the concentration of a light absorber contained in the inside of the subject, and the first step And a step of displaying the obtained light absorber concentrations at a plurality of estimated measurement points as an image of a two-dimensional surface representing the subject.
【請求項6】第1ステップにおいて上記計測点を上記光
照射位置と光検出する位置の中点から、上記被検体内部
への被検体表面に対する垂線上の任意の位置とし、上記
第2ステップにおいて、上記複数の計測点で得た光吸収
体濃度及び上記複数の計測点で得た光吸収体濃度を各計
測点間で補間して得た補間光吸収体濃度をトポグラフィ
画像として表示することを特徴とするクレーム5記載の
画像作成方法。
6. In the first step, the measurement point is set to an arbitrary position on the normal line from the midpoint of the light irradiation position and the light detection position to the inside of the subject and perpendicular to the surface of the subject, and in the second step. , Displaying the interpolated light absorber concentration obtained by interpolating the light absorber concentration obtained at the plurality of measurement points and the light absorber concentration obtained at the plurality of measurement points between each measurement point as a topography image. An image creating method according to claim 5, which is a feature.
【請求項7】上記光吸収体濃度を任意の時間点における
光吸収体濃度又は光吸収体濃度の一定時間の変化量を時
間平均したものを用いて画像を得ることを特徴とするク
レーム5又は6記載の画像作成方法。
7. A claim 5 characterized in that an image is obtained by using the above-mentioned light-absorber concentration at a given time point or a time-averaged variation amount of the light-absorber concentration over a certain period of time. 6. The image creating method described in 6.
【請求項8】上記第2ステップにおいて、任意の時間間
隔で光吸収体濃度又は光吸収体濃度の変化量を求め、各
時間間隔ごと連続した経時画像を得ることを特徴とする
クレーム5又は6記載の画像作成方法。
8. The claim 5 or 6 characterized in that in the second step, the light absorber concentration or the amount of change in the light absorber concentration is obtained at an arbitrary time interval, and continuous time-lapse images are obtained at each time interval. Image creation method described.
【請求項9】上記第2ステップにおいて、磁気共鳴及び
X線による計測した被検体内部の画像情報を、上記光吸
収体濃度の情と共に上記二次元画像と同一画像上で重ね
合わせて表示することを特徴とするクレーム6に記載の
画像作成方法。
9. In the second step, image information of the inside of the object measured by magnetic resonance and X-rays is displayed together with the information of the light absorber concentration on the same image as the two-dimensional image. An image creating method according to claim 6, which is characterized in that
【請求項10】上記第2ステップにおいて、任意の時間
間隔で光吸収体濃度又は光吸収体濃度の変化量を求め、
任意の1計測点における上記変化量の時間変化を基準と
して、他計測点における上記変化量の時間変化との相関
を求め、各時間間隔ごとに連続した相関関数の経時画像
を得ることを特徴とするクレーム5又は6記載の画像作
成方法。
10. In the second step, the light absorber concentration or the amount of change in the light absorber concentration is obtained at an arbitrary time interval,
It is characterized in that, with reference to the time change of the change amount at any one measurement point, a correlation with the time change of the change amount at another measurement point is obtained, and a temporal image of a continuous correlation function is obtained at each time interval. An image creating method according to claim 5 or 6.
【請求項11】生体に負荷を印加する負荷時間と負荷を
印加しない無負荷時間を交互に設けながら生体に光を照
射して生体通過光強度を計測する生体光計測方法におい
て、前記負荷時間に続く緩和時間を設定し、緩和時間を
含まない無負荷時間における計測信号から計測信号に含
まれる生体由来の揺らぎに相当する信号を予測すること
を特徴とする生体光計測方法。
11. A living body light measuring method for measuring living body light intensity by irradiating a living body with light while alternately providing a load time for applying a load to the living body and a no-load time for not applying a load to the living body. A living body optical measurement method comprising setting a subsequent relaxation time, and predicting a signal corresponding to a biological-origin fluctuation included in the measurement signal from the measurement signal in the no-load time that does not include the relaxation time.
【請求項12】各負荷時間の直前に負荷前予測時間を設
定し、各緩和時間の直後に負荷後予測時間を設定し、各
負荷時間毎に負荷前予測時間における計測信号と負荷後
予測時間における計測信号から計測信号に含まれる生体
由来の揺らぎに相当する信号を予測することを特徴とす
るクレーム11記載の生体光計測方法。
12. A pre-load prediction time is set immediately before each load time, a post-load prediction time is set immediately after each relaxation time, and a measurement signal and a post-load prediction time at the pre-load prediction time are set for each load time. 13. The biological optical measurement method according to claim 11, wherein a signal corresponding to a biological-origin fluctuation included in the measurement signal is predicted from the measurement signal in.
【請求項13】1個あるいは複数の不定係数を有する任
意関数を設定し、該任意関数が緩和時間を含まない無負
荷時間における計測信号に最適に適合するように最小二
乗法によって前記不定係数を決定し、こうして決定され
た最適適合関数を生体由来の揺らぎに相当する信号とす
ることを特徴とするクレーム11又は12記載の生体光
計測方法。
13. An arbitrary function having one or a plurality of indefinite coefficients is set, and the indefinite coefficient is adjusted by the least squares method so that the arbitrary function optimally fits a measurement signal in a no-load time that does not include a relaxation time. 13. The living body optical measurement method according to claim 11 or 12, characterized in that the optimal fitting function determined in this manner is used as a signal corresponding to fluctuation derived from a living body.
【請求項14】計測信号と予測した生体由来の揺らぎに
相当する信号の差分を演算することを特徴とするクレー
ム11又は12記載の生体光計測方法。
14. The biological optical measurement method according to claim 11 or 12, wherein a difference between the measurement signal and a signal corresponding to the predicted fluctuation derived from the living body is calculated.
【請求項15】予測した生体由来の揺らぎに相当する信
号と計測信号の比、光源波長に対する酸化ヘモグロビン
の吸光係数、及び光源波長に対する還元ヘモグロビンの
吸光係数を用い、生体中の酸化ヘモグロビン濃度と還元
ヘモグロビン濃度の和の相対変化量あるいは酸化ヘモグ
ロビン濃度の相対変化量と還元ヘモグロビン濃度の相対
変化量、前記各相対変化量の時間変化、前記各相対変化
量を所定の時間にわたって積算した積算相対変化量、又
は所定の時間間隔における平均相対変化量を演算するこ
とを特徴とするクレーム10、又は11記載の生体光計
測方法。
15. A concentration and reduction of oxyhemoglobin in a living body using a ratio of a signal corresponding to a predicted biological fluctuation and a measurement signal, an absorption coefficient of oxyhemoglobin with respect to a light source wavelength, and an absorption coefficient of reduced hemoglobin with respect to a light source wavelength. Relative change amount of the sum of hemoglobin concentration or relative change amount of oxyhemoglobin concentration and relative change amount of reduced hemoglobin concentration, time change of each relative change amount, integrated relative change amount obtained by integrating each relative change amount over a predetermined time Or, the living body optical measurement method according to claim 10 or 11, wherein an average relative change amount in a predetermined time interval is calculated.
【請求項16】生体に光を照射して生体通過光強度を計
測し、計測信号あるいは計測信号を演算した信号を表示
装置に表示する生体光計測装置の信号表示方法におい
て、計測信号に含まれる生体由来の揺らぎに相当する信
号を予測し、前記予測した信号を計測信号と共に表示す
ることを特徴とする生体光計測装置の信号表示方法。
16. A signal display method for a living body light measuring device, comprising: irradiating a living body with light to measure the intensity of light passing through the living body, and displaying the measured signal or a signal obtained by calculating the measured signal on a display device. A signal display method for a living body optical measurement device, comprising: predicting a signal corresponding to a biological-origin fluctuation and displaying the predicted signal together with a measurement signal.
【請求項17】生体に負荷を印加する負荷時間と負荷を
印加しない無負荷時間を交互に設けながら生体に光を照
射して生体通過光強度を計測し、計測信号あるいは計測
信号を演算した信号を表示装置に表示する生体光計測装
置の信号表示方法において、前記無負荷時間における計
測信号から計測信号に含まれる生体由来の揺らぎに相当
する信号を予測し、前記予測した信号を予測無負荷信号
として計測信号と共に表示することを特徴とする生体光
計測装置の信号表示方法。
17. A measurement signal or a signal obtained by calculating a measurement signal by irradiating a living body with light while alternately providing a load time for applying a load and a no-load time for not applying a load to the living body. In the signal display method of the biological optical measurement device for displaying on a display device, a signal corresponding to a biological-derived fluctuation included in the measurement signal is predicted from the measurement signal in the no-load time, and the predicted signal is a predicted no-load signal. The method for displaying a signal of a living body optical measurement device is characterized by displaying the measurement signal together with the measurement signal.
【請求項18】生体に負荷を印加する負荷時間と負荷を
印加しない無負荷時間を交互に設けながら生体に光を照
射して生体通過光強度を計測し、計測信号あるいは計測
信号を演算した信号を表示装置に表示する生体光計測装
置の信号表示方法において、前記負荷時間に続く緩和時
間を設定し、緩和時間を含まない前記無負荷時間におけ
る計測信号から計測信号に含まれる生体由来の揺らぎに
相当する信号を予測し、前記予測した信号を予測無負荷
信号として計測信号と共に表示することを特徴とする生
体光計測装置の信号表示方法。
18. A measurement signal or a signal obtained by calculating a measurement signal by irradiating a living body with light while alternately providing a load time for applying a load to the living body and a no-load time for not applying a load to the living body. In the signal display method of the biological light measurement device for displaying on the display device, the relaxation time following the load time is set, and the fluctuation derived from the living body contained in the measurement signal from the measurement signal in the no-load time that does not include the relaxation time is included. A signal display method for a biological optical measurement device, comprising: predicting a corresponding signal, and displaying the predicted signal as a predicted no-load signal together with a measurement signal.
【請求項19】各負荷時間の直前に負荷前予測時間を設
定し、各緩和時間の直後に負荷後予測時間を設定し、各
負荷時間毎に負荷前予測時間における計測信号と負荷後
予測時間における計測信号から前記予測無負荷信号を求
めることを特徴とするクレーム18記載の生体光計測装
置の信号表示方法。
19. A pre-load prediction time is set immediately before each load time, a post-load prediction time is set immediately after each relaxation time, and a measurement signal at the pre-load prediction time and a post-load prediction time are set for each load time. 19. The signal display method for a biological optical measurement device according to claim 18, characterized in that the predicted no-load signal is obtained from the measurement signal in.
【請求項20】1個あるいは複数の不定係数を有する任
意関数を設定し、該任意関数が緩和時間を含まない無負
荷時間における計測信号に最適に適合するように最小二
乗法によって前記不定係数を決定し、こうして決定され
た最適適合関数を前記生体由来の揺らぎに相当する信号
とすることを特徴とするクレーム17,18又は19記
載の生体光計測装置の信号表示方法。
20. An arbitrary function having one or a plurality of indefinite coefficients is set, and the indefinite coefficient is adjusted by the least squares method so that the arbitrary function optimally fits a measurement signal in a no-load time that does not include a relaxation time. 20. The signal display method for a living body optical measurement device according to claim 17, 18 or 19, wherein the determined optimum fitting function is a signal corresponding to the fluctuation derived from the living body.
【請求項21】計測信号と予測無負荷信号の差分を演算
し、演算結果を表示することを特徴とする請求項17〜
19のいずれか1項記載の生体光計測装置の信号表示方
法。
21. The difference between the measurement signal and the predicted no-load signal is calculated, and the calculation result is displayed.
20. The signal display method of the biological optical measurement device according to claim 19.
【請求項22】予測無負荷信号と計測信号の比、光源波
長に対する酸化ヘモグロビンの吸光係数、及び光源波長
に対する還元ヘモグロビンの吸光係数を用い、生体中の
酸化ヘモグロビン濃度と還元ヘモグロビン濃度の和の相
対変化量あるいは酸化ヘモグロビン濃度の相対変化量と
還元ヘモグロビン濃度の相対変化量を演算し、前記各相
対変化量の時間変化、前記各相対変化量を所定の時間に
わたって積算した積算相対変化量、又は所定の時間間隔
における平均相対変化量を表示することを特徴とするク
レーム17〜19のいずれか1項記載の生体光計測装置
の信号表示方法。
22. A relative value of a sum of oxyhemoglobin concentration and reduced hemoglobin concentration in a living body using a ratio of a predicted no-load signal and a measurement signal, an absorption coefficient of oxyhemoglobin with respect to a light source wavelength, and an absorption coefficient of reduced hemoglobin with respect to a light source wavelength. Change amount or relative change amount of oxyhemoglobin concentration and relative change amount of reduced hemoglobin concentration are calculated, time change of each relative change amount, integrated relative change amount obtained by integrating each relative change amount over a predetermined time, or a predetermined amount 20. The signal display method for a biological optical measurement device according to any one of claims 17 to 19, characterized in that the average relative change amount in the time interval is displayed.
【請求項23】異なる信号あるいは計算結果に異なる色
あるいは異なる線種を用いて表示することを特徴とする
クレーム16〜19のいずれか1項記載の生体光計測装
置の信号表示方法。
23. The signal display method for a living body optical measurement system according to any one of claims 16 to 19, wherein different signals or calculation results are displayed using different colors or different line types.
【請求項24】負荷時間の開始時刻と終了時刻を示す図
形を共に表示することを特徴とするクレーム17〜19
のいずれか1項記載の生体光計測装置の信号表示方法。
24. Claims 17 to 19 characterized in that a graphic showing the start time and the end time of the load time is displayed together.
The signal display method of the living body optical measurement system according to any one of 1.
【請求項25】計測信号は計測と共に実時間で表示し、
予測無負荷信号は表示されている計測信号より先の時間
まで表示することを特徴とするクレーム17〜19のい
ずれか1項記載の生体光計測装置の信号表示方法。
25. The measurement signal is displayed in real time together with the measurement,
20. The signal display method for a biological optical measurement instrument according to claim 17, wherein the predicted no-load signal is displayed until a time earlier than the displayed measurement signal.
【請求項26】複数の計測位置に対する複数の信号を、
生体の計測部位を示す図と、計測位置を示す図形と、計
測位置と前記信号との対応を指示する図形とともに表示
することを特徴とするクレーム16〜19のいずれか1
項記載の生体光計測装置の信号表示方法。
26. A plurality of signals for a plurality of measurement positions,
Any one of claims 16 to 19 characterized in that it is displayed together with a diagram showing a measurement site of a living body, a figure showing a measurement position, and a figure indicating correspondence between the measurement position and the signal.
A method for displaying a signal of a living body optical measurement apparatus according to the item 1.
【請求項27】計測部位を示す図として画像診断装置に
よって撮影された画像を用いることを特徴とするクレー
ム17〜19のいずれかに記載の生体光計測装置の信号
表示方法。
27. The signal display method for a biological optical measurement device according to any one of claims 17 to 19, characterized in that an image photographed by an image diagnostic device is used as a diagram showing a measurement site.
【請求項28】生体表面に光を照射する光照射手段と、
生体内部を通過して生体表面から出射する光強度を検出
する光検出手段とを備える生体光計測装置において、光
照射位置と光検出位置の組み合わせを少なくとも2組有
し、各組み合わせに対する検出信号の対数差分信号を計
測信号として用いることを特徴とする生体光計測装置。
28. Light irradiating means for irradiating the surface of a living body with light,
A living body optical measurement device comprising a light detecting unit that detects the intensity of light that passes through the inside of a living body and is emitted from the surface of the living body, and has at least two combinations of a light irradiation position and a light detection position. A biomedical optical measurement apparatus characterized by using a logarithmic difference signal as a measurement signal.
【請求項29】光照射位置から検出位置までの距離が等
しく設定されている少なくとも2組の光照射位置と光検
出位置の組み合わせを備えることを特徴とするクレーム
28記載の生体光計測装置。
29. The biological light measuring device according to claim 28, comprising at least two combinations of a light irradiation position and a light detection position in which the distance from the light irradiation position to the detection position is set to be equal.
【請求項30】対数増幅器と差動増幅器を含み、光検出
信号を対数増幅したのち差動増幅器によって対数差分信
号を発生することを特徴とするクレーム28又は29記
載の生体光計測装置。
30. A living body optical measurement system as set forth in claim 28 or 29, comprising a logarithmic amplifier and a differential amplifier, wherein a photodetection signal is logarithmically amplified and then a logarithmic differential signal is generated by the differential amplifier.
【請求項31】光照射手段は光源と光照射位置の間を結
ぶ光ファイバーを含み、光検出手段は光検出器と光検出
位置の間を結ぶ光ファイバーを含むことを特徴とするク
レーム28又は29記載の生体光計測装置。
31. Claim 28 or 29, wherein the light irradiation means includes an optical fiber connecting the light source and the light irradiation position, and the light detection means includes an optical fiber connecting the light detector and the light detection position. Biological light measurement device.
【請求項32】光照射手段の光ファイバー端部及び光検
出手段の光ファイバー端部を固定した光検出プローブ部
と、光照射手段の光源と光検出手段の光検出器と電気信
号処理回路を含む光計測装置部とを備えることを特徴と
するクレーム29記載の光計測装置。
32. A light detecting probe part having the optical fiber end of the light irradiating means and the optical fiber end of the light detecting means fixed, a light source of the light irradiating means, a light detector of the light detecting means, and an electric signal processing circuit. The optical measuring device according to claim 29, further comprising a measuring device section.
【請求項33】光照射位置と第1検出位置と第2検出位
置と、光照射位置を原点として第1検出位置を通る半直
線上に設定された第3検出位置と、光照射位置を原点と
して第2検出位置を通る半直線上に設定された第4検出
位置とを有し、第1検出位置と第3検出位置で検出され
る光検出信号の対数差分信号(第1対数差分信号)と第
2検出位置と第4検出位置で検出される通過光強度の対
数差分信号(第2対数差分信号)を計測し、前記第1対
数差分信号と第2対数差分信号の差分信号を計測するこ
とを特徴とするクレーム28又は29のいずれか1項記
載の生体光計測装置。
33. A light irradiation position, a first detection position, a second detection position, a third detection position set on a half line passing through the first detection position with the light irradiation position as the origin, and the light irradiation position as the origin. And a fourth detection position set on a half line passing through the second detection position as a logarithmic difference signal (first logarithmic difference signal) of the photodetection signals detected at the first detection position and the third detection position. And a logarithmic difference signal (second logarithmic difference signal) of transmitted light intensities detected at the second detection position and the fourth detection position, and a difference signal between the first logarithmic difference signal and the second logarithmic difference signal is measured. 30. The biological optical measurement device according to claim 28, which is characterized in that
【請求項34】生体表面に光を照射する第1の光照射手
段と、前記第1の光照射手段からの照射光強度を検出す
る第1の照射光強度検出手段と、生体表面に光を照射す
る第2の光照射手段と、前記第2の光照射手段からの照
射光強度を検出する第2の照射光強度検出手段と、生体
内部を通過して生体表面から出射する第1の光照射手段
又は第2の光照射手段に起因する光強度を検出する光検
出手段と、前記第1の照射光強度検出手段の出力と前記
第1の光照射手段に起因する前記光検出手段の出力との
対数差分信号(第1対数差分信号)を発生する手段と、
前記第2の照射光強度検出手段の出力と前記第2の光照
射手段の起因する前記光検出手段の出力との対数差分信
号(第2対数差分信号)を発生する手段と、前記第1対
数差分信号と第2対数差分信号の差分信号を計測する手
段とを備えることを特徴とするクレーム28又は29の
いずれか1項記載の生体光計測装置。
34. First light irradiating means for irradiating the surface of the living body with light, first irradiating light intensity detecting means for detecting the irradiating light intensity from the first light irradiating means, and irradiating the surface of the living body with light. Second light irradiating means for irradiating, second irradiating light intensity detecting means for detecting irradiating light intensity from the second light irradiating means, and first light passing through the inside of the living body and emitted from the surface of the living body. Light detection means for detecting the light intensity caused by the irradiation means or the second light irradiation means, output of the first irradiation light intensity detection means, and output of the light detection means caused by the first light irradiation means Means for generating a logarithmic difference signal (first logarithmic difference signal) between
Means for generating a logarithmic difference signal (second logarithmic difference signal) between the output of the second irradiation light intensity detection means and the output of the light detection means caused by the second light irradiation means; and the first logarithm. 30. The living body optical measurement system according to claim 28 or 29, further comprising: a means for measuring a differential signal and a differential signal of the second logarithmic differential signal.
【請求項35】光照射手段からの照射光を強度変調し、
光検出手段からの検出信号のうち前記強度変調周波数と
同じ周波数成分のみをロックインアンプあるいはフーリ
エ変換処理によって抽出して用いることを特徴とするク
レーム28又は29のいずれか1項記載の生体光計測装
置。
35. Intensity modulation of the irradiation light from the light irradiation means,
30. The living body optical measurement system according to claim 28 or 29, characterized in that only a frequency component that is the same as the intensity modulation frequency in the detection signal from the light detection means is extracted by a lock-in amplifier or Fourier transform processing and used. apparatus.
【請求項36】照射光の波長数がm、光照射位置の数が
nであり、光源の強度変調周波数としてm×n種類用い
ることを特徴とするクレーム28又は29のいずれか1
項記載の生体光計測装置。
36. One of claims 28 and 29 characterized in that the number of wavelengths of irradiation light is m, the number of irradiation positions is n, and m × n types are used as the intensity modulation frequency of the light source.
The optical measurement device for living body according to the item.
【請求項37】クレーム28又は29のいずれか1項記
載の生体光計測装置を用い、生体内で血液動態の変化に
由来して局所的に光の吸収特性が変化する領域からの信
号が少なくとも1つの光検出位置で検出される光強度信
号に含まれ、少なくとも他の1つの光検出位置で検出さ
れる光強度信号に含まれないように、生体表面上に光照
射位置と光検出位置を設定して計測を行うことを特徴と
する生体光計測方法。
37. A living body optical measurement apparatus according to claim 28 or 29 is used, and at least a signal from a region in which a light absorption characteristic locally changes due to a change in hemodynamics in a living body. The light irradiation position and the light detection position are arranged on the surface of the living body so that they are included in the light intensity signal detected at one light detection position and not included in the light intensity signal detected at at least one other light detection position. A living body optical measurement method characterized by setting and measuring.
【請求項38】生体内に局所的に光の吸収特性が変化す
る領域の変化が起こらない状態で検出位置の異なる2箇
所間の対数差分信号が0となるように調整した後に、計
測を開始し、差分信号の変位値を計測信号として用いる
ことを特徴とするクレーム28又は29のいずれかに記
載の生体光計測方法。
38. The measurement is started after adjusting so that the logarithmic difference signal between two different detection positions becomes 0 in a state where the region where the light absorption characteristic locally changes in the living body does not occur. However, the living body optical measurement method according to claim 28 or 29, wherein the displacement value of the difference signal is used as a measurement signal.
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