| 【発明の名称】 |
脳活動計測装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】柳浦 真美子
【氏名】中島 道夫
【氏名】谷藤 学
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| 【要約】 |
【課題】撮像画像の静的バックグラウンドノイズを除去して、脳活動を反映する信号だけを精度良く計測できる脳活動計測装置を得る。
【解決手段】脳表面１に光を照射する光源２、光照射による反射散乱光を受光する対物レンズ４、結像レンズ５、受光した反射散乱光の光路を複数の光路に分割する光路分割器６、分割された光路のそれぞれに設置され特定の波長の光のみを透過させる帯域フィルタ７ａ、７ｂ、帯域フィルタを透過した光を検出して画像信号を生成するＣＣＤカメラ８ａ、８ｂ、ＣＣＤカメラで生成されたそれぞれの画像信号の時間変化信号を出力する時間差分増幅器１４ａ、１４ｂ、時間差分増幅器の出力である時間変化信号間の差動信号を出力する差動増幅器１０を備えた。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 脳表面に光を照射する光照射手段、光照射による反射散乱光を受光する受光手段、受光した反射散乱光の光路を複数の光路に分割する光路分割手段、分割された光路のそれぞれに設置され特定の波長の光のみを透過させる複数の光透過手段、この複数の光透過手段を透過した光を検出して画像信号を生成する複数の画像信号生成手段、この複数の画像信号生成手段で生成されたそれぞれの画像信号の時間変化信号を出力する複数の時間差分増幅手段、この複数の時間差分増幅手段で出力された各時間変化信号間の差動信号を出力する差動増幅手段を備えたことを特徴とする脳活動計測装置。
【請求項２】 複数の光透過手段のうち少なくとも一つはヘモグロビンに対して吸収がある光を透過することを特徴とする請求項１記載の脳活動計測装置。
【請求項３】 複数の光透過手段のうち少なくとも一つは近赤外光を透過することを特徴とする請求項１記載の脳活動計測装置。
【請求項４】 各画像信号と各画像時間差分信号からヘモグロビン濃度を計算する演算手段を備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の脳活動計測装置。
【請求項５】 差動増幅手段から出力された差動信号と、複数の画像信号生成手段で生成された画像信号のいずれか一つの画像信号とを重ね合わせる手段を備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の脳活動計測装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、光による生体計測の技術分野に属し、詳しくは脳活動に伴う内因性ヘモグロビン変化を光量変化として計測するもので、脳における情報処理メカニズムの研究や脳外科手術の支援に利用できる脳活動計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】脳活動の変化を示す指標となり得るものとしてヘモグロビン濃度変化がある。脳活動が活発になれば、その場所での代謝が活発になり酸素消費が増えるため、酸素を供給するために血流量が増大しヘモグロビン濃度が増加する。ヘモグロビンは光を吸収するため、ヘモグロビン濃度変化を光の吸収で計測することができ、脳活動を知ることができる。
【０００３】図９は、例えば、特開平８−３８４６０号公報に示された従来の脳活動計測装置を示す構成図である。図において、１は人間を含む脳表面、２は脳表面１に光を照射する光源、３は鏡筒、４は対物レンズ、５は脳表面１からの反射散乱光を結像する結像レンズであり、光源２により照射された光の反射散乱光を脳表面１から受光する受光手段が対物レンズ４及び結像レンズ５から構成されている。６は結像レンズ５により結像された反射散乱光を２つの光路に分割する光路分割器、７ａ、７ｂは光路分割器６により分割された各光路にそれぞれ設置された帯域フィルタで、７ａは５７０ｎｍ近傍の波長のみを透過させる帯域フィルタ、７ｂは６３０ｎｍ近傍の波長のみを透過させる帯域フィルタである。８ａ、８ｂは帯域フィルタ７ａ及び７ｂを透過した光を検出して画像信号を生成するＣＣＤカメラ、９ａ、９ｂはＣＣＤカメラ８ａ及び８ｂにより生成された各画像信号間の輝度やコントラストを一致させる画像調整器、１０は画像調整器９ａ及び９ｂから出力された画像信号間の差動処理を画素単位で行いその差動信号を出力する差動増幅器、１１は差動増幅器１０から出力された差動信号を増幅するゲイン調整器、１２はゲイン調整器１１から出力された信号を表示するテレビモニタ、１３はゲイン調整器１１から出力された信号を記憶するビデオテープレコーダである。
【０００４】また図１０は、酸化型ヘモグロビン（ＨｂＯ2）及び脱酸素型ヘモグロビン（Ｈｂ）の吸収スペクトルを示す図である。
【０００５】次に動作について説明する。まず、光源２が脳表面１に光を照射すると、その光による反射散乱光を対物レンズ４が受光し、結像レンズ５がその反射散乱光を結像する。そしてかかる反射散乱光は、光路分割器６に受光されると２つの光路に分割され、各光路に置かれている５７０ｎｍ近傍の波長のみを透過させる帯域フィルタ７ａ及び６３０ｎｍ近傍の波長のみを透過させる帯域フィルタ７ｂにそれぞれ入射される。
【０００６】上記図１０に示すように、帯域フィルタ７ａで透過される５７０ｎｍ近傍の波長では、酸化型ヘモグロビン及び脱酸素型ヘモグロビンとも光の吸収が大きい。一方、帯域フィルタ７ｂで透過される６３０ｎｍ近傍の波長では、酸化型ヘモグロビン及び脱酸素型ヘモグロビンとも５７０ｎｍ近傍の波長に比べてヘモグロビンによる光の吸収はかなり小さい。従って、脳でヘモグロビン濃度変化が起きると、５７０ｎｍ近傍の波長ではヘモグロビンに起因する反射散乱光量変化は大きくなり、６３０ｎｍ近傍の波長では小さくなる。
【０００７】こうして、脳活動に伴うヘモグロビン濃度変化の情報を多く含んだ５７０ｎｍ近傍の波長の光のみを透過させる帯域フィルタ７ａに入射された反射散乱光はＣＣＤカメラ８ａに結像され、ヘモグロビン濃度変化の情報をあまり含まない６３０ｎｍ近傍の波長の光のみを透過させる帯域フィルタ７ｂに入射された反射散乱光はＣＣＤカメラ８ｂに結像される。ＣＣＤカメラ８ａ及び８ｂは、その反射散乱光から脳表面１の２次元の画像信号をそれぞれ生成する。そして、各画像信号は画像調整器９ａ及び９ｂでそれぞれの輝度とコントラストを調整後、差動増幅器１０に入力される。そして、各画像信号を入力すると差動増幅器１０は、画像調整器９ａ及び９ｂより出力された各画像信号間の差動処理を画素単位で行い両者の差動信号を出力する。
【０００８】ここで、各画像信号間の差動処理を行う理由は、５７０ｎｍ近傍の波長の光による画像信号は、脳活動を反映する信号と、脳の活動を反映する信号以外のバックグラウンド（例えば脳の血管の画像など）とから構成されるのに対して、６３０ｎｍ近傍の波長の光による画像信号は、バックグラウンドのみで構成されるため、５７０ｎｍ近傍の波長の光による画像信号から６３０ｎｍ近傍の波長の光による画像信号を差し引けば、バックグラウンドが除去されて、脳活動を反映する信号のみを計測することができるからである。
【０００９】差動増幅器１０から出力された脳活動を反映する差動信号は、ゲイン調整器１１で増幅された後、テレビモニタ１２に入力され、テレビモニタ１２が差動信号に基づいてヘモグロビン濃度を含む脳活動を反映した画像を表示する。一方、差動信号はビデオテープレコーダ１３にも入力され、ビデオテープレコーダ１３が脳活動を反映した画像を記憶して一連の処理を完了する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、バックラウンド画像には、血管などにより脳表面の明暗度が異なることに起因する静的バックグラウンドノイズと、心拍や呼吸に基づく脳表面の振動などに起因する動的バックグラウンドノイズの２種類のノイズが含まれている。従来の脳活動計測装置は、波長の異なる光から各画像信号を生成するので、生成された画像のバックグラウンドが両画像間で同一ではなく、この画像間のバックグラウンド差を輝度とコントラストの調整器９ａ、９ｂで調整しても完全には同一のバックグラウンド画像とは成らず、その結果差動増幅器１０から出力される差動信号から、特に上述した静的バックグラウンドノイズが除去しきれないという問題点があった。そのため、得られた脳活動を反映する差動信号がノイズにより不正確であり、またこのノイズによって差動信号がばらつくため増幅率をあまりあげれなかった。
【００１１】この発明は以上のような問題点を解決するためになされたもので、画像の静的バックグラウンドノイズを除去して、脳活動を反映する信号だけを精度良く計測できる脳活動計測装置を得ることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】この発明に係る脳活動計測装置は、脳表面に光を照射する光照射手段、光照射による反射散乱光を受光する受光手段、受光した反射散乱光の光路を複数の光路に分割する光路分割手段、分割された光路のそれぞれに設置され特定の波長の光のみを透過させる複数の光透過手段、この複数の光透過手段を透過した光を生成して画像信号を出力する複数の画像信号生成手段、この複数の画像信号生成手段で生成されたそれぞれの画像信号の時間変化信号を出力する複数の時間差分増幅手段、この複数の時間差分増幅手段で出力された各時間変化信号間の差動信号を出力する差動増幅手段とを備えたものである。
【００１３】また、複数の光透過手段のうち少なくとも一つはヘモグロビンに対して吸収がある光を透過するものである。
【００１４】また、複数の光透過手段のうち少なくとも一つは近赤外光を透過するものである。
【００１５】また、各画像信号と各画像時間差分信号からヘモグロビン濃度を計算する演算手段を備えたものである。
【００１６】また、差動増幅手段から出力された差動信号と、複数の画像信号生成手段で生成された画像信号のいずれか一つの画像信号とを重ね合わせる手段を備えたものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、この発明の実施の一形態を図を用いて説明する。図１は、この発明の実施の形態１による脳活動計測装置を示す構成図である。
【００１８】図において、１は人間を含む脳表面、２は脳表面１に光を照射する光源（光照射手段）、３は鏡筒、４は対物レンズ、５は脳表面１からの反射散乱光を結像する結像レンズであり、光源２により照射された光の反射散乱光を脳表面１から受光する受光手段が対物レンズ４及び結像レンズ５から構成されている。６は結像レンズ５により結像された反射散乱光を２つの光路に分割する光路分割器（光路分割手段）、７ａ、７ｂは光路分割器６により分割された各光路にそれぞれ設置された帯域フィルタ（光透過手段）で、７ａは５７０ｎｍ近傍の波長のみを透過させる帯域フィルタ、７ｂは６３０ｎｍ近傍の波長のみを透過させる帯域フィルタである。８ａ、８ｂは帯域フィルタ７ａ及び７ｂを透過した光を検出して画像信号を生成するＣＣＤカメラ（画像信号生成手段）、９ａ、９ｂはＣＣＤカメラ８ａ及び８ｂにより生成された画像信号間の輝度やコントラストを一致させる画像調整器である。１４ａ、１４ｂはＣＣＤカメラ８ａ及び８ｂで画像信号に生成された脳表面１からの反射散乱光の時間変化信号を出力する時間差分増幅器（時間差分増幅手段）である。１０は時間差分増幅器１４ａ及び１４ｂから出力された画像信号間の差動処理を画素単位で行いその差動信号を出力する差動増幅器（差動増幅手段）、１１は差動増幅器１０から出力された差動信号を増幅するゲイン調整器、１２はゲイン調整器１１から出力された信号を表示するテレビモニタ、１３はゲイン調整器１１から出力された信号を記憶するビデオテープレコーダである。なお、図示はしていないが、各フィルタとＣＣＤカメラの間には色収差による焦点距離のずれを補正し画像の大きさを合わせるためのレンズを備えている。
【００１９】次に動作について説明する。まず、光源２が脳表面１に光を照射すると、その光による反射散乱光を脳表面１から対物レンズ４が受光し、結像レンズ５がその反射散乱光を結像する。そしてかかる反射散乱光は、光路分割器６に受光されると２つの光路に分割され、各光路に置かれている５７０ｎｍ近傍の波長のみを透過させる帯域フィルタ７ａ及び６３０ｎｍ近傍の波長のみを透過させる帯域フィルタ７ｂにそれぞれ入射される。
【００２０】５７０ｎｍ近傍の波長の光のみを透過させる帯域フィルタ７ａに入射された反射散乱光は、ＣＣＤカメラ８ａに結像されて脳表面１の２次元の画像信号に生成され、画像調整器９ａで調整される。そしてかかる反射散乱光は、時間差分増幅器１４ａに入力され、、画素単位の時間差動処理により、血管などにより脳表面の明暗度が異なることに起因する静的バックグラウンドノイズがキャンセルされ、脳活動に伴うヘモグロビン濃度変化に起因する光変化が出力される。
【００２１】ここで、時間差分増幅器１４ａによる時間差動処理とは、まず、脳活動計測の初期に入力される一定時間の画像（例えば、ｎ＋１、ｎ＋２、ｎ＋３の３枚）の平均画像（コントロール画像：Ｎ）を求める。次いで、その後に入力される画像信号（例えばｎ＋４）とコントロール画像（Ｎ）の差分処理を行い出力するものである。
【００２２】一方、６３０ｎｍ近傍の波長の光のみを透過させる帯域フィルタ７ｂに入射された反射散乱光は、ＣＣＤカメラ８ｂに結像されて脳表面１の２次元の画像信号に生成され、画像調整器９ｂで調整される。そしてかかる反射散乱光は、時間差分増幅器１４ｂに入力され、上述したような画素単位の時間差動処理により静的バックグラウンドノイズがキャンセルされ、脳活動に伴うヘモグロビン濃度変化に起因する光変化が出力される。なお、時間差分増幅器１４ａ及び１４ｂの処理は同じタイミングで連動して行われる。
【００２３】時間差分増幅器１４ａ及び１４ｂから出力されたそれぞれの時間差分信号は差動増幅器１０に入力され、各時間差分信号間の差動処理を画素単位で行い両者の差動信号を出力することでバックグラウンドが除去され、動的バックグラウンドノイズの除去もされる。
【００２４】そして、差動増幅器１０から出力された脳活動を反映する差動信号は、ゲイン調整器１１で増幅された後、テレビモニタ１２に入力され、テレビモニタ１２が差動信号に基づいてヘモグロビンの濃度を含む脳活動を反映した画像情報を表示する。一方、差動信号はビデオテープレコーダ１３にも入力され、ビデオテープレコーダ１３が脳活動を反映した画像情報を記憶して一連の処理を完了する。
【００２５】以上のように、この実施の形態１によれば、時間差分増幅器１４ａ及び１４ｂで静的バックグラウンドノイズを除去し、さらに差動増幅器１０で動的バックグラウンドノイズも除去して、脳活動を反映する信号だけを精度良く計測できる効果が得られる。
【００２６】なお、上記実施の形態１では、帯域フィルタ７ａ及び７ｂとして、５７０ｎｍ近傍の波長と６３０ｎｍ近傍の波長を透過させる帯域フィルタを使用したが、少なくとも１つの波長がヘモグロビンに対して吸収がある波長であれば、他の波長の光透過手段を用いても良く、同様の効果が得られる。
【００２７】また、画像調整器９ａ及び９ｂは、時間差分増幅器１４ａ及び１４ｂの前にそれぞれ設置していたが、時間差分増幅器１４ａ及び１４ｂの後ろに画像調整器９ａ及び９ｂをそれぞれ設置しても良く、同様の効果が得られる。
【００２８】また、光路は２つに分割したが、光路を２つ以上に分割し、それぞれに光透過手段、画像信号生成手段、画像調整手段、時間差分増幅器を設けても良く、ヘモグロビン以外の物質、例えば４００ｎｍ近傍の波長を透過させる帯域フィルタを使用して赤血球を同時計測できるようにしても良い。
【００２９】実施の形態２．図２は、この発明の実施の形態２による脳活動計測装置を示す構成図である。本実施の形態では、上記実施の形態１のような、異なる２波長で脳表面の同一場所を画像化して信号処理を行うセットを２セット備え、それぞれのセットで焦点が異なるように設定した例である。焦点の設定は、脳表面からＣＣＤカメラまでの光路長の調節と、各フィルタとＣＣＤカメラの間に設置する色収差による焦点距離のずれを補正し画像の大きさを合わせるためのレンズで行う。各焦点の確認は、計測装置の鏡筒３の位置を上下させるか、あるいは脳表面１の位置を上下させるかして脳表面に焦点を合わせ、そのときの光路長の変化で確認することができる。
【００３０】以上のように、本実施の形態２によれば、焦点をずらした計測のセットを２つ設けることで、得られた差動信号は脳内のそれぞれの焦点深度のところの信号を一番多く捉えているため、脳の２次元情報に加え、深さ方向のヘモグロビン変化の計測も同時に行うことができる。
【００３１】なお、上記実施の形態２では、光路を４つに分割したが、光路を６つ以上に分割し、それぞれに光透過手段、画像信号生成手段、画像調整手段、時間差分増幅器を設けても良く、深さ方向の計測が詳しくできる。
【００３２】また、帯域フィルタ７ａとして５７０ｎｍ近傍の波長を透過させる帯域フィルタ、帯域フィルタ７ｂとして６３０ｎｍ近傍の波長を透過させる帯域フィルタを使用したが、少なくとも１つの波長がヘモグロビンに対して吸収がある波長であれば、他の波長の光透過手段を用いても良く、同様の効果が得られる。
【００３３】また、画像調整器９ａ及び９ｂは、時間差分増幅器１４ａ及び１４ｂの前にそれぞれ設置していたが、時間差分増幅器１４ａ及び１４ｂの後ろに画像調整器９ａ及び９ｂをそれぞれ設置しても良く、同様の効果が得られる。
【００３４】実施の形態３．図３は、この発明の実施の形態３による脳活動計測装置を示す構成図である。ここで帯域フィルタ７は、全て５７０ｎｍ近傍の波長のみを透過させる帯域フィルタである。本実施の形態では、上記実施の形態２に比べ計測を簡略化し、２波長の差分による、動的バックグラウンドノイズの除去を行わないで、１波長で焦点をずらした４光路で計測し、各ＣＣＤ画像の時間差分による静的バックグラウンドノイズの除去のみを行う。焦点の設定は、上記実施の形態２と同様に行う。
【００３５】以上のように、本実施の形態３によれば、上記実施の形態２と同様に、脳の２次元情報に加え、深さ方向のヘモグロビン濃度の計測を行うことができるが、振動などの動的バックグラウンドノイズの除去はできないため、振動の影響が小さいときに有効である。
【００３６】なお、上記実施の形態３では、光路を４つに分割したが、光路の分割は４つ以外でも良く、それぞれに光透過手段、画像信号生成手段、時間差分増幅器を設けても良い。
【００３７】また、光透過手段である帯域フィルタに５７０ｎｍ近傍の波長を透過させる帯域フィルタを使用したが、ヘモグロビンに対して吸収がある波長であれば、他の波長の光透過手段を用いても良く、同様の効果が得られる。
【００３８】実施の形態４．図４は、この発明の実施の形態４による脳活動計測装置を示す構成図である。図において、１５はＣＣＤカメラ８ａ、８ｂの出力と時間差分増幅器１４ａ、１４ｂの出力からヘモグロビン濃度を計算する演算器である。なお、図には記していないが、各フィルタとＣＣＤカメラの間には色収差による焦点距離のずれを補正し画像の大きさを合わせるためのレンズを備えている。
【００３９】次に動作について説明する。脳表面１からの反射散乱光は、上記実施の形態１と同様に、透過波長領域の異なる帯域フィルタ７ａ及び７ｂを介してＣＣＤカメラ８ａ及び８ｂで画像信号に生成され、時間差分増幅器１４ａ、１４ｂで時間差動処理される。次に、演算器１５にＣＣＤカメラ８ａ及び８ｂの出力と時間差分増幅器１４ａ及び１４ｂの出力が入力され、ヘモグロビン濃度が演算される。
【００４０】次に、演算器１５でのヘモグロビン濃度の演算方法について説明する。複数の波長計測値からヘモグロビン濃度を求める方法は、すでにランバート・ベア則の方程式を解く方法などが広く知られている。酸化型ヘモグロビンの濃度変化量をΔ［ＨｂＯ2］、脱酸素型ヘモグロビンの濃度変化量をΔ［Ｈｂ］、散乱成分などによる平行移動量をＳ、ある波長の酸化型ヘモグロビンの分子吸光度をａ、脱酸素型ヘモグロビンの分子吸光度をｂ、反射散乱光をＩ、反射散乱光変化をΔＩとすると、光変化は、 ｌｏｇ｛（Ｉ＋ΔＩ）／Ｉ｝＝ａΔ［ＨｂＯ2］＋ｂΔ［Ｈｂ］＋Ｓ （１）
と書き表すことができる。また、式（１）の左辺は式（２）のように近似できる。
ｌｏｇ｛（Ｉ＋ΔＩ）／Ｉ｝＝ΔＩ／Ｉ （２）
ここで、ヘモグロビンの分子吸光度ａ、ｂは既知であるため、複数の波長で反射散乱光Ｉと反射散乱光変化をΔＩを計測することで、方程式を解き、酸化型ヘモグロビンと脱酸素型ヘモグロビンの濃度変化を求めることができる。
【００４１】従って、時間差分増幅器１４ａ、１４ｂから出力された反射散乱光の時間変化信号ΔＩと、ＣＣＤカメラ８ａ、８ｂの出力Ｉを演算器１５に入力し計算することで精度良くヘモグロビン濃度が計算できる。但し、２波長の計測結果からの計算では、二つの方程式で二つの未知数しか解けないため、散乱光変化Ｓが無視できるほど小さい場合はヘモグロビン濃度を求めることができ、散乱光変化Ｓが無視できない場合はヘモグロビンの相対的な濃度を求めることができる。
【００４２】以上のように、実施の形態４によれば、上記実施の形態１による精度良いヘモグロビン濃度の画像情報を、具体的な数値情報として出力することができる。
【００４３】なお、演算器１５から出力されるヘモグロビン濃度を表す信号は、酸化型ヘモグロビンと脱酸素型ヘモグロビンとを足し合わせた総ヘモグロビン量である。演算器１５から出力された信号は、ゲイン調整器１４で増幅された後、テレビモニタ１５にヘモグロビン濃度の数値として表示され、さらにビデオテープレコーダ１６に記憶され、一連の処理を完了する。
【００４４】演算器１５から出力する信号は、酸化型または脱酸素型ヘモグロビンのそれぞれに対してでも良い。この場合、テレビモニタ等を信号の数だけ複数個備え、同時にモニタできるようにしても良い。また複数の画像を１つの画面に重ね合わせて表示しても良い。
【００４５】また、光透過手段である帯域フィルタ７ａ、７ｂに５７０ｎｍ近傍の波長と６３０ｎｍ近傍の波長を透過させる帯域フィルタを使用したが、ヘモグロビンに対して吸収がある波長であれば、他の波長の光透過手段を用いても良い。
【００４６】実施の形態５．図５は、この発明の実施の形態５による脳活動計測装置を示す構成図である。本実施の形態では、ヘモグロビンに対して吸収がある２波長と、ヘモグロビンに対してあまり吸収がない１波長の計３波長の帯域フィルタを用いるものである。図において、７ｃはヘモグロビンに対して吸収がある５４０ｎｍ近傍の波長のみを透過させる帯域フィルタである。なお、図には記していないが、各フィルタとＣＣＤの間には色収差による焦点距離のずれを補正し画像の大きさを合わせるためのレンズを備えている。
【００４７】次に動作について説明する。まず、光源２が脳表面１に光を照射すると、その光による反射散乱光を脳表面１から対物レンズ４が受光し、結像レンズ５がその反射散乱光を結像する。そしてかかる反射散乱光は、光路分割器６に受光されると３つの光路に分割され、各光路に置かれている５７０ｎｍ近傍、６３０ｎｍ近傍、５４０ｎｍ近傍のそれぞれ波長のみを透過させる帯域フィルタ７ａ、７ｂ及び７ｃにそれぞれ入射される。次いで、ＣＣＤカメラ９ａ、９ｂ及び９ｃでそれぞれ画像信号に生成され、時間差分増幅器１４ａ、１４ｂ及び１４ｃでそれぞれ時間差動処理される。次に、演算器１５にＣＣＤカメラ９ａ、９ｂ、９ｃの出力と時間差分増幅器１４ａ、１４ｂ、１４ｃの出力が入力され、ヘモグロビン濃度が演算される。
【００４８】以上のように、本実施の形態５によれば、ヘモグロビン濃度は３波長の計測結果から計算するため、上記実施の形態４における２波長計測より正確に演算でき、さらに３つの方程式で３つの未知数を解くことができるので、散乱光変化Ｓも計算することができる。その結果、演算器１５では、上記実施の形態４と同様に出力される各ヘモグロビン信号に加え、散乱光変化の信号も出力できる。
【００４９】なお、上記実施の形態５では、光路を３つに分割したが、光路を４つ以上に分割し、それぞれに光透過手段、画像信号生成手段、時間差分増幅器を設けても良く、さらに精度の良い計算ができる。
【００５０】また、光透過手段である帯域フィルタ７ａ、７ｂ、７ｃに５７０ｎｍ近傍の波長と６３０ｎｍ近傍の波長と５４０ｎｍ近傍の波長を透過させる帯域フィルタを使用したが、少なくともその二つがヘモグロビンに対して吸収がある波長であれば、他の波長の光透過手段を用いても良い。
【００５１】実施の形態６．図６は、本発明の実施の形態６による脳活動計測装置で計測する対象の模式図である。図において、１００は脳表面１の上にある生体組織で、頭骨や筋肉組織、頭皮等である。また図７は、上記図１０における酸化型ヘモグロビン及び脱酸素型ヘモグロビンの吸収スペクトルの近赤外領域を拡大した図である。
【００５２】光源２から光が生体組織１００に照射されると、可視光領域の光は生体組織１００を透過できないが、近赤外領域（約７５０ｎｍ以上）の光は生体組織１００を透過し脳表面１に入射される。脳表面１で反射散乱された光は、生体組織１００を透過し上記の各実施の形態と同様に受光手段により受光される。図７に示すように、ヘモグロビンは、可視光領域ほどではないにしても近赤外領域の光にも吸収される。そこで、上記の各実施の形態において、ヘモグロビンの吸収がある近赤外光領域の光を透過させるフィルタを光透過手段として使用すると、生体組織１００ごしに脳活動を計測でき、上記の各実施の形態と同様の効果が得られる。
【００５３】実施の形態７．図８は、この発明の実施の形態７による脳活動計測装置を示す構成図である。図において、１６はゲイン調整器１１からの出力画像にＣＣＤカメラ８ａの出力画像を重ね合わせるスーパーインポーズ用アンプである。
【００５４】脳表面１からの反射散乱光は、上記実施の形態１と同様に、透過波長領域の異なる帯域フィルタ７ａ及び７ｂを介してＣＣＤカメラ８ａ及び８ｂで画像信号に生成され、時間差分増幅器１４ａ、１４ｂで時間差動処理される。次に、差動増幅器１０から出力された脳活動を反映する差動信号をゲイン調整器１１で増幅した後、ＣＣＤカメラ８ａで撮像された脳表面の形状を表す画像を、スーパーインポーズ用アンプで重ね合わせて、テレビモニタ１２で表示する。こうすることによって、脳表面の場所とヘモグロビンの濃度の関係を示すことができ、脳活動を分かり易く表示することができる。
【００５５】なお、本実施の形態７は、上記各実施の形態に適用できる。また、本実施の形態７では重ね合わせる画像として、ＣＣＤカメラ８ａの画像を用いたが、脳表面の形状が鮮明であればどのＣＣＤカメラの画像を使っても良い。
【００５６】なお、上記各実施の形態では、時間差分増幅器１４ａ及び１４ｂによる時間差動処理で、一定時間の平均画像をコントロール画像として使用したが、コントロール画像に１つ前に入力された画像を使用して、その次に入力された画像との差分処理を行っても静的バックグラウンドノイズの除去を行うことができ、同様の効果が得られる。
【００５７】また、上記各実施の形態では、画像信号生成手段としてＣＣＤカメラを用いたが、ホトダイオードなどの他の画像信号生成手段を用いても良く、同様の効果が得られる。
【００５８】また、上記各実施の形態では、光照射手段を、２ヶ所からの光源で照射したが、１ヶ所や３ヶ所以上の複数光源にしても良く、さらにリング照明にしても良い。また光源と測定対象との距離を短く、あるいは密着して光の表面反射の影響を小さくしても良い。
【００５９】また、上記各実施の形態では反射散乱光を受光手段で受光したが、光照射手段で口腔内や頭部側面から光照射して、その透過光を受光手段で受光しても良く、同様の効果が得られる。
【００６０】
【発明の効果】以上のように請求項１記載の発明によれば、脳表面に光を照射する光照射手段、光照射による反射散乱光を受光する受光手段、受光した反射散乱光の光路を複数の光路に分割する光路分割手段、分割された光路のそれぞれに設置され特定の波長の光のみを透過させる複数の光透過手段、この複数の光透過手段を透過した光を検出して画像信号を生成する複数の画像信号生成手段、この複数の画像信号生成手段で生成されたそれぞれの画像信号の時間変化信号を出力する複数の時間差分増幅手段、この複数の時間差分増幅手段で出力された各時間変化信号間の差動信号を出力する差動増幅手段を備えたので、画像の静的バックグラウンドノイズを除去し、脳活動を反映する信号だけを精度良く計測できる効果が得られる。
【００６１】また、請求項２記載の発明によれば、複数の光透過手段のうち少なくとも一つはヘモグロビンに対して吸収がある光を透過するので、画像の静的バックグラウンドノイズを除去し、脳活動を反映するヘモグロビン変化信号だけを精度良く計測できる効果が得られる。
【００６２】また、請求項３記載の発明によれば、複数の光透過手段のうち少なくとも一つは近赤外光を透過するので、頭骨や頭皮などの生体組織上から脳活動を計測できる効果が得られる。
【００６３】また、請求項４記載の発明によれば、各画像信号と各画像時間差分信号からヘモグロビン濃度を計算する演算手段を備えたので、ヘモグロビン濃度を精度良く算出できる効果が得られる。
【００６４】また、請求項５記載の発明によれば、差動増幅手段から出力された差動信号と、複数の画像信号生成手段で生成された画像信号のいずれか一つの画像信号とを重ね合わせる手段を備えたので、脳活動を分かり易く表示できる効果が得られる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６０１３
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）４月１７日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】宮田 金雄 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開平１１−２９９７６０ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）１１月２日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−１０８０３０ |
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