WO2002080777A1 - Biophotometre - Google Patents

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WO2002080777A1
WO2002080777A1 PCT/JP2002/000325 JP0200325W WO02080777A1 WO 2002080777 A1 WO2002080777 A1 WO 2002080777A1 JP 0200325 W JP0200325 W JP 0200325W WO 02080777 A1 WO02080777 A1 WO 02080777A1
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light
optical waveguide
optical
biological
measurement device
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PCT/JP2002/000325
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English (en)
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Inventor
Atsushi Maki
Michiyuki Fujiwara
Jacques Mehler
Ghislaine Dehaene-Lambertz
Marcela Pena
Original Assignee
Hitachi, Ltd.
Hitachi Medical Corporation
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    • A61B2562/046Arrangements of multiple sensors of the same type in a matrix array

Definitions

  • the present invention relates to a biological light measurement device that measures metabolites inside a living body using light.
  • a device that measures biological functions using visible to near-infrared light is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-11532 or Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 63-2-2. It is disclosed in Japanese Patent Publication No. 753223. Further, an invention (optical topography) relating to an image measurement technique for brain function by applying the present measurement principle is proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-99872.
  • a means for irradiating light to a subject (living body)
  • a means for condensing light passing through the inside of the living body (hereinafter referred to as a condensing means)
  • the optical means often includes an optical waveguide represented by an optical fiber or a bundle of optical fibers.
  • One set of light irradiation and light collection optical waveguides is a minimum unit representing one measurement position (hereinafter, abbreviated as light irradiation light collection pair).
  • a device that sets a plurality of the minimum units and measures the image of a living body is proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 9-198972.
  • the distance between the irradiation position and the light collection position of the light irradiation and collection pair (hereinafter, referred to as the distance between the light irradiation and collection pair) changes depending on the width or depth of the region to be measured. For this reason, in Japanese Patent Application Laid-Open No.
  • an optical waveguide for light irradiation and an optical waveguide for light collection are formed of a square lattice so that the distance between each light irradiation and light collecting pair is equal. It proposes an arrangement mode in which they are arranged alternately on vertices. When this arrangement is used, one optical waveguide is shared by a plurality of light irradiation and focusing pairs, so that image measurement can be performed with a small number of optical waveguides. Therefore, the optical waveguide can be mounted on the living body in a short time. Disclosure of the invention
  • this arrangement is easy to apply to a narrow area of the living body that can be approximated by the plane of the living body (for example, about 15 cm square in the case of the head), but to an area with a large curvature. It is difficult. In particular, the head shapes of newborns and infants have large curvatures, and individual differences are large. In addition, when measuring newborns, infants, etc., it is impossible for the subject to wait quietly, so the displacement of the probe due to movement must be suppressed. An unexpected problem arises.
  • the means for measuring the brain function of newborns and infants has been limited to EEGs so far.
  • electroencephalographs are spatially resolved; their ability is not so high, and it is possible to separate information from the brainstem at the central part of the brain Have difficulty.
  • the brain function measurement method based on optical measurement allows non-invasive measurement of the cerebral cortex, which is strongly linked to the higher brain functions developed especially in humans. It was expected to be an effective method.
  • the biological optical measurement probe used must be able to flexibly adapt to a living body surface having a curvature.
  • the probe for measuring biological light used is designed for the distance between incident detection waveguides (exactly, the distance between the tip of the light guide for light irradiation and the tip of the light guide for light collection) for shapes having individual differences. However, for the sake of convenience, it shall be referred to as the distance between incident detections.)) Must not exceed a predetermined allowable range.
  • the biological optical measurement probe used must not deviate even with some movement.
  • the biological optical measurement probe used must have high visibility and can easily control the state of adhesion so that the adhesion between the optical waveguide and the surface of the living body can be confirmed.
  • the fixing means must be able to adapt to the shape of the subject's head.
  • the fixing means must be able to apply a moderate pressure.
  • the present invention has been made in view of the above points, and provides a living body optical measurement device including a probe having a large curvature and being attachable to a moving body part in living body optical measurement. The purpose is to do.
  • the incident optical waveguide and the light collecting optical waveguide tip are connected by a flexible material.
  • this flexible material is preferably a material that does not have much elasticity so that the distance between incident detections does not change.
  • a silicon wrapper is appropriate.
  • a material having a high coefficient of friction is arranged on a surface that comes into contact with a living body, and furthermore, each material is made of an elastic material in order to apply an appropriate pressure to each waveguide. 1 to 2 cm from the tip of the optical waveguide Connected by rollers.
  • the present invention provides a light irradiating means for irradiating a light to a test object via an optical waveguide to the test object, and a light irradiating means for irradiating the light irradiated from the light irradiating means and propagating inside the test object.
  • a biological light measuring device configured to measure a metabolite inside a test subject using a probe having a light condensing means for condensing light through the light source
  • a biological optical measurement device comprising: a plurality of optical waveguides for the light condensing means; and a portion having at least one surface structure, wherein a portion in contact with the test object is provided. I do.
  • a distance between the respective optical waveguides may be a predetermined allowable range on a surface where a tip end of each of the optical waveguides of the light irradiation unit and the light collecting unit is in contact with the inspection object.
  • a living body optical measurement device characterized by being supported inside.
  • the present invention provides the living body light measuring device, wherein in the above-mentioned configuration, the member is constituted by a member having a plurality of divided partial surface structures that come into contact with the object to be inspected.
  • the present invention provides a light irradiating means for irradiating light to an object to be inspected through an optical waveguide, and a light condensing means for condensing light radiated from the light irradiating means and propagated inside the object to be inspected through the optical waveguide.
  • a biological optical measurement device configured to measure a metabolite inside a test object using a probe having In the probe, a portion that comes into contact with the object to be inspected is formed of a plurality of divided surface structure members, and a plurality of light irradiation optical waveguides and a plurality of light collection detection light beams are provided on each of the surface structure members.
  • a biological optical measurement device comprising an optical waveguide, wherein each member of the surface structure is connected via a flexible member.
  • FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of an optical waveguide fixing portion of a biological optical measurement probe according to the present invention
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of an optical waveguide arrangement according to the present invention
  • FIG. FIG. 4 is a view for explaining a mounting means and a mounting method of the probe for measuring biological light according to the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of an optical waveguide fixing portion of the probe for measuring biological light according to the present invention.
  • FIG. 1 shows an optical waveguide fixing portion of a biological optical measurement probe according to the present embodiment.
  • FIG. 2 shows an arrangement of the optical waveguide.
  • FIG. 3 shows a mounting means for mounting the optical waveguide fixing part on the head and a mounting method thereof.
  • FIG. 1 Basically, it consists of a repeating pattern, so only the basic configuration will be described.
  • An optical waveguide for irradiating light from the light source to the device to be inspected is composed of an optical waveguide holding unit 1-1-1-1-a and an optical waveguide unit ⁇ -1-2-a. This optical waveguide is introduced into the optical waveguide guide 1-2.
  • an optical waveguide guide 112 of an adjacent optical waveguide for condensing has an optical waveguide composed of an optical waveguide holding section 1-1-1-1-b and an optical waveguide section 1-1-2-2-b. This shows a state in which the wave path is already in operation. This figure shows one optical waveguide before insertion and one optical waveguide after insertion.
  • the optical waveguides are inserted into all the optical waveguide guides in FIG. Further, in this embodiment, the case where the number of the optical waveguides of the optical waveguide fixing portion is nine is shown, but it is needless to say that the present invention is not limited to this example.
  • the optical waveguide is bonded or screwed, integrally formed, or mechanically fixed to the optical waveguide guides 112.
  • the joining member 1-3 which joins the optical waveguide fixing guide 112 and the cushion member 114, is made of flexible plastic or the like, and is fitted into the groove formed in the optical waveguide guide 112. ing.
  • the cushion members 1 to 4 are made of a material having flexibility and elasticity, such as sponge and silicon.
  • the bottom surface of the joining member 113 (the surface in contact with the cushion member 114) is joined to the cushion member 114 with an adhesive or the like.
  • the cushion member 114 is adhered to the subject contact member 115 with an adhesive or the like.
  • the subject contact member 115 has high compatibility with the subject's tissue from the viewpoint of safety, has a sufficient coefficient of friction so that it does not shift due to body movement, and the light on the subject contact member 115 surface.
  • the light source wavelength In order to suppress the reflection of light, the light source wavelength must not be transmitted or reflected (for example, black), and must be soft so that it can flexibly cope with any shape. '
  • holes (openings) 1-16 are provided to enhance the air permeability and to check the contact condition of the optical waveguide.
  • Examples of a material satisfying these conditions include a silicon wrapper and a cloth, but other materials satisfying the same conditions may be used.
  • the shape maintaining member 117 is fixed to the subject contacting member 115 so as to connect the respective optical waveguide guides 1-2 so as to maintain the entire shape.
  • This shape holding member 117 is made of linear metal or plastic. If the subject contact members 1-5 have sufficient rigidity In some cases, the curvature of the contact part of the subject may not be large.
  • the light attenuating filter 118 is made of a soft material such as vinyl. When the intensity of the light source is strong or the intensity cannot be adjusted by the light irradiation light source, this light attenuation filter 118 is attached so as to cover the tip of the light waveguide for light irradiation. No problem.
  • the distal end of the optical waveguide is fixed at a position slightly recessed upward from the surface of the subject contact member 115 that contacts the subject. For example, 0.5 mm
  • optical waveguide fixing section The features of the optical waveguide fixing section are listed below.
  • connecting members are made of a very soft material, they can be adapted to any shape.
  • the distance between the optical waveguides (actually, the distance) does not change at the subject contact part because the optical waveguides are connected at the tip. This contributes to obtaining a spatially uniform signal in which the degree of infiltration of light in each measurement unit is constant.
  • Arrangement form 2-2 shown in FIG. 2 (b) is an optical waveguide arrangement used when measuring the temporal region.
  • the center vertical axis is slightly higher (1 cm to 2 cm) than the axes on both sides to avoid the ears.
  • the optical waveguide is arranged on the vertex of the rhombic lattice. Open circles indicate the positions where optical waveguides for light irradiation are arranged, and black circles indicate the positions where optical waveguides for light detection (light collection) are arranged.
  • FIG. 3 is a view of the optical waveguide fixing portion viewed from the surface to be mounted on the head
  • (B) is a diagram of the optical waveguide fixing portion viewed from an oblique direction
  • (C) is a diagram of the head mounted state.
  • the optical waveguide fixing portions 3-1 and 3-2 are held by holding portions 3_3 and 3′′4 of the optical waveguide fixing portion.
  • the holding sections 3-3 and 3_4 of the optical waveguide fixing section are made of stretchable green belts or strings 3-3-1 and 3-3-2 and 3-3-3 and 3-3-3. ⁇ 3-4-1 and 3-4-2 and 3-4-3
  • Each elastic band or string is connected at both ends of each holding part 3-3 and 3-4 of the fixing part.
  • the above-mentioned elastic band or string is light in weight, and it is better to be able to easily check the contact state of the optical waveguide.
  • an elastic cloth is used, but a different material may be used as long as it has a similar function.
  • the connecting portions 3-5 and 3-6 of the optical waveguide fixing portion holding portion are made for the purpose of connecting the holding portions 3-3 and 3-4 of the optical waveguide fixing portion.
  • the shape and function of the connecting portions 3-5 and 3_6 of the optical waveguide fixing portion holding portion are determined for the following reasons.
  • the measurement target is a living body, its size varies from individual to individual. In order to cope with this individual difference, the connection distance must be changed.
  • the detachable cloth tape is attached to both ends of the holding portions 3-3 and 3-4 of the optical waveguide fixing portion and both ends of the connecting portions 3-5 and 316 of the holding portion of the optical waveguide fixing portion. The distance can be adjusted according to the part circumference.
  • the connecting parts 3-5 and 3-6 of the optical waveguide fixing part holding part are in direct contact with the skin of the subject, it is necessary to consider the width and the contact surface of the subject.
  • the contact surfaces of the connecting portions 3-5 and 3-6 of the optical waveguide fixing portion holding portion with the subject be made of a soft material and have a high coefficient of friction (to prevent slipping). Silicon wrappers and sponges can be given as materials for that purpose. Of course, other materials may be used as long as they have the same function.
  • optical waveguide fixing portions 3-1 and 3-2 are small, Mounting by components is possible. However, when the optical waveguide fixing parts 3-1 and 2-2 are large, it is necessary to apply a uniform pressure to each optical waveguide by using the auxiliary holding part described below.
  • the auxiliary holder 3-7-.1-1-a to 3—7—5—a and 3—7—1—b to 3—7—5— b is attached.
  • Removable cloth tape is attached to the tip of each auxiliary holder 3-7-1-a to 3-7-5-a and 3-7-1-b to 3-7-5-b.
  • the auxiliary holding section 3-7-1-a and the auxiliary holding section 3-7-1-b are connected by adjusting the length according to the shape of the subject's head.
  • the other auxiliary holding parts are similarly connected by adjusting the length between a and b.
  • the optical waveguides are inserted into all the optical waveguide guides.
  • the mounting procedure can be easily performed by performing the order of (A) ⁇ (B) ⁇ (C) in Fig. 3.
  • the shape of the holding portion of the optical waveguide fixing portion changes variously depending on the measurement site. Force The main points constituting the holding portion of the optical waveguide fixing portion are as follows.
  • a detachable cloth tape is used, and to realize 3), an elastic cloth, rubber, or the like is used.
  • FIG. 4 shows a cross-sectional view of the optical waveguide fixing portion of the probe for measuring biological light.
  • the optical waveguide is basically composed of an optical waveguide portion 4-11, an optical waveguide holding portion cap 4-11 and an optical waveguide holding portion 4-11.
  • the optical waveguide section 4-1-1 penetrates the optical waveguide holding section 4-1-1-3 as shown in the figure, and its tip end is exposed.
  • the tip moves up and down under an arbitrary pressure (an elastic body is disposed in the optical waveguide holding section 4'-1-3) as shown by the arrow. By this movement, the tip of the optical waveguide is brought into close contact with the surface of the subject's living body with an appropriate pressure.
  • the optical waveguide holder cap 411 and the optical waveguide holder 411 are connected to each other with screws cut on the outer wall surface and the inner wall surface.
  • an elastic band or a string constituting the optical waveguide fixing holder 3-3 or 3-4 in FIG. It is fixed by pinching between four and two.
  • the elastic band or the cord When the elastic band or the cord is very thin, it may be fixed in a ring shape by sandwiching it in the same manner as described above, or by providing a fixing portion on the optical waveguide holding portion or the optical waveguide guide.
  • the joining member 4-3 is a ring-shaped member made of plastic, and joins the cushion member 414 constituting the optical waveguide guide to the optical waveguide holding portion 4-1-3 constituting the optical waveguide. .
  • the lower surface of the joining member 413 is joined to the cushion member 414 with an adhesive. Further, a hole formed inside the joining member 413 is fitted in a groove of the optical waveguide holding portion 4-1.3 as shown in the figure. If the optical waveguide and the optical waveguide guide can be manufactured by molding or bonding them together, this joining member is used. Becomes unnecessary.
  • the cushion member 4-4 is movable in the direction of the arrow (up and down) as shown in the figure, and an appropriate pressure is applied by an elastic band or a string 412 forming the optical waveguide fixing portion holding portion. Added.
  • the light attenuation filter 415 may be attached so as to cover the tip of the light waveguide for light irradiation.
  • Each optical waveguide guide and the optical waveguide are connected by a subject contact member 416.
  • the subject contact member 416 is preferably as thin as possible, is black, has a high friction coefficient with respect to the subject tissue, and is disposed almost at the tip of the optical waveguide portion 411. In addition, if sweat perspiration and breathability are high, comfort can be further increased.
  • the present invention is not limited to the measurement of the head of a baby.
  • it can be used for measurement of a human head, measurement of muscles other than the head, and the like.
  • a member having high flexibility and a high coefficient of friction is arranged on a contact surface with a living body, and further, in order to apply pressure evenly to the contact surface, the light irradiation means and the light condensing means are made of a stretchable material.
  • a living body optical measurement probe that can be easily attached to a living body surface having a large curvature can measure moving parts such as the head and arms of newborns and infants, which have been difficult to measure until now. It has become possible. Further, the present invention leads to expansion of the application range of the biological optical measurement device, Contribution is large. In particular, understanding the developmental process of brain function contributes to fields that have a great impact on human society, such as education.

Description

明 細 書 生体光計測装置 技術分野
本発明は、光を用い、 生体内部の代謝物質を計測する生体光計測装 置に関する。 背景技術
光を用いた生体計測では、可視から近赤外の光を用いた生体機能を 計測する装置が、例えば特開昭 5 7 - 1 1 5 2 3 2号公報あるいは特 開.昭 6 3— 2 7 5 3 2 3号公報で開示されている。 さらに、 本計測原 理を応用し、 脳機能の画像計測技術に関する発明 (光トポグラフィ) が特開平 9 - 9 8 9 7 2公報に提案されている。
これらは、 光ファイバ一等で代表されるような光導波手段を用い、 生体に光を照射し数 mmから数 c πι離れた位置で生体内部で散乱さ れた光 (以降、 生体散乱光と略す。 ) を集光計測する。 計測された生 体散乱光の強度より、酸化へモグロビン及び還元へモグロビン等で代 表されるような生体内部の光吸収物質濃度あるいは濃度に相当する 値を求める。光吸収物質濃度あるいは濃度に相当する値を求める際に は、 照射した光の波長に対応した、 目的とする光吸収物質の光吸収特 性を用いる。 一般的に、 生体深部を計測する場合には、 生体透過性の 高い 6 5 0 nmから 1 3 0 0 n mの範囲内にある波長の光を用いる。 生体光計測においては、 被検査体 (生体) に光を照射する手段 (以 降、 光照射手段と称す。 ) と生体内部を伝播した通過光を集光する手 段 (以降、 集光手段と称す。 ) を有している。 これら光照射手段と集 光手段としては、光フアイパーあるいは光ファイバ一束で代表される ような光導波路を具備することが多い。 また、 1組の光照射用および 集光用の光導波路が、 1計測位置を表す最小単位 (以降、 光照射集光 ペアと略す。 ) である。 この最小単位を複数設定し、 生体の画像計測 を行う装置が、 特開平 9一 9 8 9 7 2号公報に提案されている。 ここで、 光照射集光ペアの照射位置と集光位置間の距離 (以降、 光 照射集光ペア間距離と称す。 ) は、 計測対象となる領域の広さあるい は深さによって変わる。 そのため、 特開平 9 - 9 8 9 7 2号公報では 、 各光照射集光ペア間距離が等間隔になるように、 光照射用の光導波 路と集光用の光導波路を、正方格子の頂点上に交互に配置する配置形 態を提案している。 この配置形態を用いれば、 1つの光導波路が複数 の光照射集光ペアに共有される形となるため、少ない光導波路で画像 計測が可能となる。 従って、 短時間で光導波路を生体に装着すること ができる。 発明の開示
しかし、 この配置形態は、 生体の平面で近似できる程度の生体の狭 い領域(例えば、頭の場合では 1 5 c m四方程度)への適用は容易であ るが、 曲率の大きい領域への適用は困難である。 特に、 新生児 ·乳幼 児の頭部形状などは、 大きな曲率を有し、 個人差も大きい。 また、 新 生児 ·乳幼児などを計測する場合には、被検者が静かに待機してもら うことが不可能であるため、動きによるプローブのずれも抑制しなけ ればならない等、 大人では想定できなかった問題が生じる。
特に、 新生児 ·乳幼児の脳機能を計測する手段は、 これまでのとこ ろ脳波計に限定されている。 しかし、脳波計は空間分解.能が余り高く なく、脳中心部の脳幹部 ·脳表面の大脳皮質の情報を分離することが 困難である。 一方、 光計測に基づく脳機能計測方法は、 人間において 特に発達した高次脳機能に強く連関をもつ大脳皮質の無侵襲計測が 可能であるため、高次機能の発達過程を知る上で非常に有効な手法で あることが期待されていた。
しかし、原理的に有効であることは知られているが、 光を照射およ ぴ集光する導波路を固定する固定具 (プローブ) がこれまでのところ 開発されていなかった。
そこで、 実用的な新生児 ·乳幼児のための生体光計測用光導波路プ ロープを構成するためには、 次のような点が要求される。 以下、 列挙 する。
( 1 ) 柔軟性:
使用される生体光計測用プローブは、曲率を有する生体表面に柔軟 に適合可能でなければならない。
( 2 ) 入射検出用導波路間距離保持能力 :
使用される生体光計測用プローブは、個人差を有する形状に対して 、 入射検出用導波路間距離(正確には、 光照射用光導波路の先端と集 光用光導波路の先端部間の道のりであるが、 降、便宜的に入射検出 間距離と称す。 )が、 所定の許容範囲以上には変わってはならない。
( 3 ) 体動追従性:
使用される生体光計測用プローブは、ある程度の動きを伴っていて も、 ずれてはならない。
( 4 ) 密着度視認性:
使用される生体光計測用プローブは、光導波路と生体表面との密着 性が確認できるように、視認性が高く、容易に密着状態を制御できな ければならない。
( 5 ) 快適性: 新生児や乳幼児など、環境変化に適応能力の低い被検者の場合には 、 温度変化の観点から完全に頭部などを覆うこがあってはならない。
( 6 ) 圧力分散性:
新生児や乳幼児など、 デリケートな頭部を持つ被検者の場合には、 1点に高い圧力をかけてはならない。
( 7 ) 形状保持性:
被検者に与える不可を減らすため、短時間でプローブを装着する必 ■ 要があるため、 容易に形状を変化でき、 かつ、 基本的な形状を保持す る必要がある。
( 8 ) 装着性:
上記課題 7ど同様の理由で、容易にプローブを固定する手段が必要 である。
( 9 ) 固定手段の形状 ·サイズ適応性: '
固定する手段が、 被検者の頭部形状に適応できる必要がある。
( 1 0 ) 固定手段の加圧性:
固定する手段が、 適度な圧力を与えることができる必要がある。 本発明は、 上記の点に鑑みてなされたものであり、 生体光計測にお いて、 曲率が大きく、動きのある生体部位に対して装着可能なプロ一 ブを備えた生体光計測装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明では、入射用光導波路おょぴ集 光用光導波路先端を、 柔軟な素材で連結した。 ただし、 この柔軟な素 材は、入射検出間距離が変わらないように、 あまり伸縮性のない素材 が好ましい。 例えば、 シリ コンラパーなどが適切である。
また、 本発明では、 上記目的を達成するために、 生体に接触する面 に摩擦係数の高い素材を配置し、さらに各導波路に適度な圧力を加え るために、伸縮性のある素材で各光導波路の先端から 1〜 2 c mのと ころで連結した。
さらに、 本発明では、 上記目的を達成するために、 光導波路先端を 連結する素材及び光導波路先端から 1〜 2 c mのところを連結する 素材において、連結に不要な部分は除去して視認性を確保した。 また 、 光導波路の生体への密着性の制御は、伸縮性のある素材で各光導波 路の先端から 1〜 2 c mのところで連結することによって容易に解 決できた。
このように、本発明は、被検査体に光導波路を介して被検查体に光 を照射する光照射手段と、前記光照射手段から照射され被検查体内部 を伝播した光を光導波路を介して集光する集光手段とを備えたプロ ーブを用いて、被検査体内部の代謝物を計測するようにした生体光計 測装置において、前記プローブは、前記光照射手段用および前記集光 手段用として、 それぞれ複数の光導波路を有し、 前記被検查体に接触 する部分が少なく とも 1つの面構造の部材で構成されていることを 特徴とする生体光計測装置を提供する。
また、 本発明は、 前記構成において、 前記光照射手段および前記集 光手段の各光導波路の先端部が、 前記被検査体と接触する面で、各光 導波路間の距離が所定の許容範囲内にあるよう支持されていること を特徴とする生体光計測装置を提供する。 - また、 本発明は、 前記構成において、 前記被検査体に接触する部分 力 分割した複数の面構造の部材で構成されていることを特徴とする 生体光計測装置を提供する。
さらに、本発明は、被検査体に光導波路を介して光を照射する光照 射手段と、前記光照射手段から照射され被検査体内部を伝播した光を 光導波路を介して集光する集光手段とを備えたプローブを用いて、被 検査体内部の代謝物を計測するようにした生体光計測装置において、 前記プローブは、被検査体に接触する部分が、分割した複数の面構造 の部材で構成され、前記面構造の各部材上には複数の光照射用の光導 波路および複数の集光検出用の光導波路を具備し、 かつ、前記面構造 の各部材間が柔軟性部材を介して連結されていることを特徴とする 生体光計測装置を提供する。 図面の簡単な説明
図 1は、本発明に基づく生体光計測用プローブの光導波路固定部の 一実施例を示す図、 図 2は、本発明における光導波路の配置形態の構 成例を示す図、 図 3は、本発明に基づく生体光計測用プローブの装着 手段及びその装着方法を説明する図、 図 4は、本発明に基づく生体光' 計測用プロープの光導波路固定部の断面図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の一実施例について説明する。
図 1に、本実施例に基づく生体光計測用プローブの光導波路固定部 を示す。 図 2には、 前記光導波路の配置形態を示す。 図 3には、 前記 光導波路固定部を頭部へ装着する装着手段及びその装着方法を示す。
まず、 図 1に関する説明を行う。 基本的にはく り返しパターンで構 成されるため、 基本構成のみ説明を行う。 ·光源から被検査体に光を照 射する光照射用の光導波路は、 光導波路保持部 1 - 1 - 1 - aと光導波 路部 ΐ - 1 - 2 - a とで—構成される。 この光導波路は、 光導波路ガイ ド 1 - 2に揷入される。 図中、 隣接の集光用の光導波路の光導波路ガイ ド 1一 2には、 光導波路保持部 1 - 1 - 1 - bと光導波路部 1 - 1 - 2 - bとで構成される光導波路が既に揮入されている状態を示している。 本図には、挿入前の光導波路と揷入後の光導波路をそれぞれ 1本ずつ 示したが、 図 1中の全ての光導波路ガイ ドに光導波路は揷入される。 また、本実施例では、光導波路固定部の光導波路が 9個の場合につい て示しているが、 本例に限定されないことはいうまでもない。
光導波路ガイ ド 1一 2には、光導波路は接着あるいはネジあるいは 一体加工あるいは機械的に固定される。光導波路固定ガイ ド 1一 2と クッション部材 1一 4を接合する接合部材 1— 3は柔軟なプラスチ ックなどでできており、光導波路ガイ ド 1一 2に刻まれた溝に嵌めら れている。 クッション部材 1— 4は、 例えば,スポンジ、 シリ コンな ど、 柔軟性、 弾力性のある材料が使用される。
また、 接合部材 1一 3の底面 (クッション部材 1一 4に接する面) は、クッション部材部材 1一 4と接着剤などによ.つて接合されている 。 クッション部材部材 1一 4は、被験者接触部材 1一 5に接着剤など で接着されている。被験者接触部材 1一 5は、安全性の観点から被験 者組織に対して適合性が高く、体動によってずれないように十分な摩 擦係数を有すること、被験者接触部材 1一 5表面での光の反射を押さ えるために光源波長を透過または反射しないこと(例えば、黒色)、任 意の形状に対して柔軟に対応できるよう軟らかであることが条件と なる。 '
また、通気性を高めるためや光導波路の接触具合を確認するために 孔 (開口部) 1一 6が設けられている。 これらを満たす材料としては 、例えばシリコンラパーや布が挙げられるが、他にも同条件を満たす 材料を使用しても構わない。
形状保持部材 1一 7は、全体の形状を保持するために各光導波路ガ イ ド 1 _ 2同士を連結するように被験者接触部材 1一 5に固定され ている。 この形状保持部材 1一 7は、線状の金属あるいはプラスチッ クからできている。被験者接触部材 1一 5が十分剛性を持っている場 合や、 被験者接触部の曲率が大きい場合などなくても構わない。
光減衰フィルター 1一 8は、 ビニール等、 柔らかな素材でできてい る。 光源強度が強い場合、 または、 光照射光源部で強度調整できない 場合、 この光減衰フィルター 1一 8は、 光照射用の光導波路の先端部 を覆うように取り付けられるが、 状況に応じてなくても構わない。 光導波路の先端部は、被験者接触部材 1一 5の被験者へ接触する面 から若干上部へ凹ませた位置に固定されている。 例えば、 0 . 5 m m
〜 4 m m程度が望ましい。
この光導波路固定部の特徴を、 以下に列挙する。
1 ) 連結じている部材が非常に軟らかな素材で構成されるため、任意 形状に適応できる。
2 ) 光導波路先端部で連結しているため、被検体接触部において光導 波路間の距離(実際には道のり)が変化しない。 このことは、各計測部 における光の浸潤度が一定であり、空間的に均一な信号を取得するこ とに寄与する。
3 ) 連結している部材が適度な摩擦係数を有しているため、 体動が発 生した場合にもずれることがない。
4 ) 連結している部材の不要部分には孔が空けられており、 光導波路 の密着性を確認するための視認性が高い。
5 ) 連結している部材の不要部分には孔が空けられており、被験者皮 膚が蒸れないよう通気が可能であり、 快適性が高い。
6 ) 被験者皮膚表面に対して、 光導波路先端部のみが圧力を加えず、 広い領域で圧力を与えることができ、 かつ、 それぞれがクッション部 材で圧力を加えるので被験者に対して与える苦痛が極めて少ない。 次に、 前記光導波路固定部における光導波路の配置形態について、 図 2により説明する。 ここでは、配置形態 2— 1および配置形態 2— 2の基本的構成を示 す。 図 2 (a) に示した配置形態 2— 1·は通常用いられる光導波路配 置であり、 光導波路固定部を生体に固定する場合に、 特に問題がない 場合に用いる。 光導波路は、 正方格子の頂点上に配置する。 白丸は光 照射用の光導波路を配置する位置を表し、黒丸は光検出(集光)用の光 導波路を配置する位置を意味する。
図 2 (b) に示した配置形態 2— 2は、 側頭部を計測する際に用い られる光導波路配置である。 側頭部を計測する際には、 耳があるため 正方格子状に光導波路を配置することが難しい。 ここでは、 耳を避け るため中心の縦軸線が両側の軸線より少し上方 (1 c m〜2 c m) に あげられている。 このように配置することで、 耳を避けて計測するこ とが可能となる。 即ち、 光導波路をひし形格子の頂点上に配置する。 白丸は光照射用の光導波路を配置する位置を表し、黒丸は光検出 (集 光) 用の光導波路を配,置する位置を意味する。
両配置形態に共通して、照射用および集光用の光導波路の位置は反 転してもかまわない。 また、 配置形態 2— 2で計測した信号から画像 を再構築する際には、 表示画像を配置形態と同じ形状で表示する。 次に、生体光計測用プローブの 導波路固定部を頭部へ装着する装 着手段及ぴその装着方法について、 図 3により説明する。 図 3の (A ) は光導波路固定部を頭部へ装着する面から見た図、 (B) はそれを 斜め方向から見た図、 (C) は頭部装着状態を示した図である。
図 3 (A) に示すように、 光導波路固定部 3— 1および 3— 2は、 光導波路固定部の保持部 3 _ 3および 3— ' 4によって保持されてい る。 光導波路固定部の保持部 3— 3及び 3 _ 4は、 図 3 (B) に示す ように、伸縮†生帯または紐 3 - 3—1及び 3— 3— 2及び 3 - 3— 3及ぴ 3 -4-1及ぴ 3- 4- 2及び 3- 4- 3によって構成されており、光導波路 固定部の各保持部 3— 3及び 3 — 4の'両端で各伸縮性帯または紐は 連結している。
上記伸縮性帯または紐は、 重量は軽く、 また、 光導波路の接触状態 を容易に確認できるほうが良いため、 できる限り細い物がよい。本発 明では伸縮性のある布を使用したが、同様の機能を有するものであれ ば異なる材質を用いても構わない。
光導波路固定部保持部の連結部 3— 5及び 3— 6は、光導波路固定部 の保持部 3— 3及び 3 — 4を連結する目的で作られている。光導波路 固定部保持部の連結部 3— 5及び 3 _ 6は、以下の理由で形状おょぴ 機能が決定される。
第 1に、 計測対象が生体であるためその大きさには個人差がある。 この個人差に対応できるよう、連結の距離が変更できなければならな レ、。 本発明では、 脱着自在布テープを、 光導波路固定部の保持部 3— 3及ぴ 3— 4の両端と光導波路固定部保持部の連結部 3— 5及び 3 一 6の両端に取り付け、 頭部周囲長に応じた距離調整を可能とした。 第 2に、 光導波路固定部保持部の連結部 3— 5及ぴ 3— 6は、 直接 被験者の皮膚に接触するため、幅および被験者接触面を考慮する必要 がある。被験者皮膚に対して圧力の集中を避けるためには、 光導波路 固定部の保持部 3— 3及び 3 — 4を構成する伸縮性帯または紐の様 に細ければ良いわけではなく、 ある程度の幅を有する必要がある。 そ の幅は、 1 c mから 4 c mの間が望ましい。 また、 光導波路固定部保 持部の連結部 3— 5及び 3— 6の被験者への接触面は、柔らかな素材 でかつ摩擦係数の高い(滑らないように)ものが望ましい。そのための 素材として、 シリコンラパーやスポンジをあげることができる。勿論 、 同等の機能を有すれば、 他の素材でも構わない。
光導波路固定部 3— 1及び 3— 2が小さい場合には、上記説明した 構成要素による装着が可能である。 しかし、 光導波路固定部 3— 1及 ぴ 3— 2が大きい場合には、 以下に説明する補助的保持部を用い、各 光導波路に均一な圧力を与える必要がある。
本発明では、 図 3 (A) に示すように、 補助的保持部 3-7- .1 - a 〜 3— 7— 5— a及ぴ 3— 7—1—b〜 3— 7— 5— bを取り付けてある。 各 補助的保持部 3- 7-1- a〜 3 -7 -5 - a及び 3-7-1 -b〜 3 -7 - 5 -bの先端には、 脱着自在布テープを取り付けてあり、 例えば補助的 保持部 3- 7- 1-a と補助的保持部 3 - 7 - 1 bを被験者頭部形状に応 じて長さを調整して連結する。 他の補助的保持部も同様に、 a— b間 で長さを調整して連結する。 各各補助的保持部 3- 7-1- a〜 3- 7- 5 - a及び 3- 7-1- b〜 3-7- 5- bの素材は、 できるだけ細い伸縮 性帯または紐を用いる。
また、 図 3 (C) に示すように、 光導波路 3 _ 8の様に、 全ての光 導波路ガイ ドに光導波路は挿入されている。 装着の手順は、 図 3にお いて、 (A) → (B) → (C) の順序で行うことで、 簡便に装着する ことができる。
. この光導波路固定部の保持部の特徴を、 以下に列挙する。
1 ) 簡便かつ素早く装着できる。
2) さまざまな被験者計測部位の形状及びサイズに適応できる。 3 ) 被験者皮膚に対して、 均一かつ適切な圧力を加えることができ る。
計測部位に応じて、光導波路固定部の保持部の形状は様々に変わる 力 前記光導波路固定部の保持部を構成する要点は、以下のとおりで ある。
1 ) 複数に分割し、 装着時に連結する。
2) 連結部分に、 長さ調整を行えるようにする。 3 ) 伸縮性の帯または紐を用いる。
上記 1 )及び 2 )を実現するためには、 例えば、脱着自在布テープを 用い、 3 )を実現するためには、 伸縮性布やゴム等を用いる。
次に、 図 4は、生体光計測用プロープの光導波路固定部の断面図を 示す。 光導波路は、 基本的には、 光導波路部 4一 1一 1及び光導波路 保持部キャップ 4一 1一 2及び光導波路保持部 4一 1 一 3から構成 される。 光導波路部 4一 1一 1は、 図に示すように光導波路保持部 4 - 1 - 3を貫通して、 その先端部が出ている。 先端部は矢印で示すよ うに任意の圧力(弾性体が光導波路保持部 4 '一 1 - 3に配置されてい る) で上下に可動する。 この可動により、 被験者生体表面へ適切な圧 力で光導波路先端部を密着する。
光導波路保持部キャップ 4一 1一 2及び光導波路保持部 4一 1一 3は、 それぞれの外壁面及ぴ内壁面に切られたネジで連結される。 光導波路保持部キャップ 4一 1 - 2と光導波路保持部 4一 1 - 3 の間には、図 3中の光導波路固定部保持部 3 - 3または 3— 4を構成 する伸縮性帯または紐 4一 2が挟まることで固定されている。伸縮性 帯または紐が非常に細い場合には、 リング形状にして上記と同様に挟 めたり、光導波路保持部または光導波路ガイ ドに固定部を設けて固定 しても構わない。
接合部材 4 - 3は、プラスチックでできたリング形状のものであり 、光導波路ガイ ドを構成するクッション部材 4一 4と光導波路を構成 する光導波路保持部 4一 1 - 3を接合している。接合部材 4一 3の下 面は、 接着剤でクッション部材 4一 4と接合している。 また、 接合部 材 4一 3の内部に空けられた穴が、図に示すように光導波路保持部 4 - 1 - 3の溝にはめ込まれている。光導波路及ぴ光導波路ガイ ドを 1 体成型、 または、 接着して製作できる場合には、 この接合部材 4一 3 は不要となる。. クッション部材 4— 4は、 図中に示すように、 矢印方 向(上下)に可動であり、光導波路固定部保持部を構成する伸縮性帯ま たは紐 4一 2によって適切な圧力が加えられる。
光減衰フィルター 4一 5は、光照射用の光導波路先端部を覆うよう に取り付けられることがある。
各光導波路ガイ ド及び光導波路は、被験者接触部材 4一 6で連結さ れている。 この被験者接触部材 4一 6は、 薄ければ薄いほど良く、 黒 色であり、被験者組織に対して摩擦係数が高く、 光導波路部 4一 1一 1のほぼ先端に配置されている。 さらに、 汗発散性や通気性が高けれ ば、 さらに快適性を増すことができる。
上逑した実施例では、乳幼児頭部計測を主体にして説明してきたが 、 本発明は、 乳幼児頭部計測に限定されるものではない。 即ち、 構成 要素を保持しつつサイズゃ光導波路の配置を変更することにより、大 人頭部の計測や、頭部以外の筋肉内の計測等にも用いることは可能で ある。
以上のように、 本発明は、 生体との接触面に柔軟性、 摩擦係数が高 い部材を配置し、 さらに、接触面に均等に圧力を加えるため光照射手 段および集光手段を伸縮性材料によって固定する、 2重構造化をはか ることにより、 曲率が大きく、動きの大きい生体部位に対する生体光 計測を実現可能にしたものである。 産業上の利用可能性 '
本発明によれば、 大きな曲率を有する生体表面に対し、簡便に装着 可能な生体光計測用プローブによって、これまで計測が困難であった 新生児 ·乳幼児の頭部や腕などの運動部位の計測が可能となった。 ま た、 本発明は、 生体光計測装置の応用範囲の拡大につながり、 産業上 の寄与が大きい。 特に、 脳機能の発達過程の理解は、 教育など人間社 会へ大きな影響を与える分野に寄与する。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 被検査体に光導波路を介して被検査体に光を照射する光照射手 段と、該光照射手段から照射され被検査体内部を伝播した光を光導波
; 路を介して集光する集光手段とを備えたプローブを用いて、被検査体 内部の代謝物を計測するようにした生体光計測装置において、前記プ ロープは、 前記光照射手段用および前記集光手段用として、 それぞれ 複数の光導波路を有し、前記被検査体に接触する部分が少なく とも 1 つの面構造の部材で構成されていることを特徴とする生体光計測装 置。
2 . 前記光照射手段および前記集光手段の各光導波路の先端部は、前 記被検査体と接触する面で、各光導波路間の距離が所定の許容範囲内 にあるよう支持されていることを特徴とする請求の範囲第 1項記載 の生体光計測装置。
3 . 前記被検査体に接触する部材を、柔軟性と摩擦係数の高い素材で 構成したことを特徴とする請求の範囲第 1項記載の生体光計測装置。
4 . 前記被検査体に接触する部材を、前記光の波長を透過もしくは反 射しない材料で構成したことを特徴とする請求の範囲第 1項記載の 生体光計測装置。
5 . 前記被検査体に接触する面構造の部材にあって、 前記光導波路で 囲まれる領域に開口部を具備してなることを特徴とする請求の範囲 第 1項記載の生体光計測装置。
6 . 前記光照射手段の先端部が、 光減衰フィルターで覆われているこ とを特徴とする請求の範囲第 1項記載の生体光計測装置。
7 . 前記光照射手段および前記集光手段が、 それぞれ 4本以上の光導 波路を具備してなることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の生体 光計測装置。
8 . 前記光照射手段および前記集光手段の各先端部が、被検査体の表 面上部において上下に可動であるよう構成したことを特徴とする請 求の範囲第 1項記載の生体光計測装置。
9 . 前記光照射手段および前記集光手段が、 正方格子形状もしくはひ し形格子形状の頂点の位置に交互に在るよう配置構成したことを特 徴とする請求の範囲索 1項記載の生体光計測装置。
1 0 . 前記プローブは、 前記被検査体に接触する部分が、 分割した複 数の面構造の部材で構成されていることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の生体光計測装置。
1 1 . 被検查体に光導波路を介して光を照射する光照射手段と、 前記 光照射手段から照射され被検査体内部を伝播した光を光導波路を介 して集光する集光手段とを備えたプローブを用いて、被検査体內部の 代謝物を計測するようにした生体光計測装置において、前記プローブ は、被検查体に接触する部分が、分割した複数の面構造の部材で構成 され、前記面構造の各部材上には複数の光照射用の光導波路およぴ複 数の集光検出用の光導波路を具備し、 かつ、 前記面構造の各部材間が 柔軟性部材を介して連結されていることを特徴とする生体光計測装
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