JP2003144437A

JP2003144437A - 生体光計測装置

Info

Publication number: JP2003144437A
Application number: JP2001345643A
Authority: JP
Inventors: Shingo Kawasaki; 真護川崎
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2001-11-12
Filing date: 2001-11-12
Publication date: 2003-05-20
Anticipated expiration: 2021-11-12
Also published as: JP4071475B2

Abstract

(57)【要約】【課題】比較的広い検査部位全体のトポグラフィを同
一画面上で観察することが可能な生体光計測装置を提供
する。【解決手段】生体光計測装置の信号処理手段は、被検
体の複数の計測領域について、それぞれ複数の生体情報
画像（トポグラフィ）を作成し、複数の生体情報画像
を、被検体をモデルした画像上の対応する計測領域の位
置及び方向に合わせて配置し表示する。この際、計測さ
れなかった領域間のデータを、計測したデータからの補
間推定によって作成し、複数の領域を含む検査部位全体
のトポグラフィを表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】この発明は、生体に光を照射
し、生体表面で反射し、或いは表面近傍を通過した光を
検出し、その光量から血液循環、血行動態、ヘモグロビ
ン変化などの生体情報を得て、画像化する生体光計測装
置に関し、特に比較的広い領域の計測に適した生体光計
測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】生体光計測装置は、可視から赤外領域の
波長を生体に照射し、生体から反射された光或いは生体
を通過した光（以下、まとめて透過光という）を検出
し、生体内部を計測する装置であり、簡便で被検体に対
して低拘束で非侵襲的に生体内部の血行動態などの生体
情報を得ることができる。複数の光ファイバの先端を光
照射部と受光部として配列したプローブを用いることに
より、広がりのある領域について計測可能にした装置は
臨床に応用されつつある（特開昭57-115232号、特開昭6
3-275323号など）。

【０００３】このような生体光計測装置の臨床応用例と
して、例えば脳内のヘモグロビン変化の活性化状態及び
てんかん発作の局所焦点同定などがある。現在、頭部用
として利用されている生体光計測装置は、例えば光照射
部と受光部とを4×4のマトリックスに配置したプローブ
を単独でまたは1対として用いたものであり、これら1個
または1対のプローブで検出した光量をもとに計算した
プローブ装着領域の生体情報、例えばヘモグロビン量分
布を画像化して表示している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで生体光計測で
は、より広い領域について生体情報を得たいという要請
がある。例えば、前述したてんかん発作の局所焦点同定
では、焦点は患者によって脳内に複数存在しているた
め、焦点の同定は頭部全体について脳内ヘモグロビン変
化を計測することが必要となる。

【０００５】しかしながら、生体表面の形状が複雑であ
ることや光ファイバ先端とプローブとの連結の作業性な
どの制約から、検査部位全体を覆うようなプローブは実
用化されていない。このため、現状では検査部位を複数
の計測領域に分け、複数の計測領域にそれぞれプローブ
を装着して計測し、これら計測結果を別々の画面で確認
するということが行われており、検査部位全体の把握が
困難で、前述の焦点位置の同定では診断、同定に手間と
時間を要していた。

【０００６】そこで本発明は、複数の計測領域を含む比
較的広い検査部位全体の生体情報（トポグラフィ）を同
一画面上で観察することが可能な生体光計測装置を提供
することを目的とする。また本発明は、広い範囲のトポ
グラフィを、計測領域を含む形態画像上の位置で観察す
ることが可能な生体光計測装置を提供することを目的と
する。更に本発明は、計測領域間に存在する非計測部分
をも含む検査部位全体についての画像を得ることが可能
な生体光計測装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の生体光計測装置は、複数の光照射部と受光部を備え
たプローブと、前記プローブが受光した光量を計測位置
毎に検出する光計測手段と、検出された光量に対応する
信号をもとに前記被検体の生体情報を計算し、生体情報
画像を形成し表示する信号処理手段とを備えた生体光計
測装置において、信号処理手段が、前記被検体の複数の
計測領域について、それぞれ複数の生体情報画像を作成
し、前記複数の生体情報画像を対応する計測領域の位置
及び方向に合わせて配置し表示する手段を備えたもので
ある。

【０００８】このような生体光計測装置によれば、複数
の計測領域の生体情報画像を一つの画面上で、見ること
ができ、検査部位全体の観察が容易になる。また本発明
の生体光計測装置は、信号処理手段が、前記被検体の検
査部位の形態画像を記憶する記憶部を備え、前記複数の
生体情報画像を前記記憶部に記憶された形態画像に重畳
表示するものである。

【０００９】この生体光計測装置によれば、検査部位全
体の生体情報が被検体画像上に表示されるので、さらに
検査部位の把握が容易になる。形態画像としては、生体
をモデルした画像や他の画像診断装置で得られた画像を
使用することができ、これらは信号処理手段の記憶部に
予め格納しておくことができる。

【００１０】また本発明の生体光計測装置は、信号処理
手段が、隣り合う計測領域間の生体情報を推定する手段
を備えたものであり、複数の計測領域の生体情報及び推
定された領域間の生体情報をもとに連続した生体情報画
像を形成する。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の生体光計測装置の
実施形態を、図面を参照して説明する。

【００１２】図１は、本発明の生体光計測装置の全体概
要を示す図である。この生体光計測装置は、主として、
生体の光計測を行う光トポグラフィ装置101と、光トポ
グラフィ装置101で計測したヘモグロビン信号を処理
し、生体情報を作成する信号処理装置108とからなる。

【００１３】光トポグラフィ装置101は、光所定の波長
の光を被検体の検査部位に照射するためのレーザ発生部
102と、被検体の検査部位を透過した光或いは検査部位
で反射、散乱した光（以下、まとめて透過光という）を
検出する光計測部（105〜107）と、レーザ発生部102か
らの光を被検体の検査部位に誘導する照射用光ファイバ
103及び検査部位からの透過光を光計測部に誘導する検
出用光ファイバ103の各先端を被検体の検査部位に当接
させるために、各先端を着脱自在に固定するプローブ10
4とを備えている。

【００１４】レーザ発生部102は、可視光から赤外の波
長領域内の複数の波長、例えば780nm及び830nmの光をそ
れぞれ放射する半導体レーザと、これら２波長の光を複
数の異なる周波数で変調するための変調器を備えた複数
の光モジュールとからなる。半導体レーザから放射され
た２波長の光は、混合された後、各光モジュール毎に異
なる周波数に変調されて、光ファイバ104を通って、被
検体の検査部位に照射される。

【００１５】光計測部は、検出用光ファイバ103に接続
され、検出用光ファイバ103が誘導する光を光量に対応
する電気信号に変換するフォトダイオード105等の光電
変換素子と、フォトダイオード105からの電気信号を入
力し、照射位置及び波長に対応した変調信号を選択的に
検出するためのロックインアンプ106と、ロックインア
ンプ106からの信号を増幅する連続可変アンプ107とから
なる。ロックインアンプ106は、少なくとも計測すべき
信号の数と同数のロックインアンプからなる。

【００１６】プローブ104は、３×３、４×４などの適
当な大きさのマトリックスに、照射用光ファイバ先端と
検出用光ファイバ先端とが交互に配列するように光ファ
イバ接続用のソケットを配置したものである。本実施形
態では、このようなプローブを、例えば図２に示すよう
に、被検体の複数（ここでは５）の領域〜にそれぞ
れ配置し、検査部位である頭部全体を覆うようにしてい
る。

【００１７】光トポグラフィ装置101は、このプローブ
の数(領域の数)に対応した多数チャンネル装置を用いる
か、複数の光トポグラフィ装置101を併設する。多数チ
ャンネル装置とは、レーザ発生部102の光モジュールと
ロックインアンプ106を、それぞれ計測する信号の数
（１つのプローブが計測する信号数×プローブ数）以上
設置したものである。また複数の光トポグラフィ装置10
1を併設する場合を図３に示す。この構成では、被検体
に装着される複数のプローブに対応して複数の光トポグ
ラフィ装置101を併設し、これら複数の光トポグラフィ
装置101による測定結果が、１台の信号処理装置108に入
力されるようになっている。

【００１８】信号処理装置108は、汎用のパーソナルコ
ンピュータ上に構築することができ、光トポグラフィ装
置101から送られる電圧信号（デジタル信号）を記憶す
るメモリ109と、メモリ109に記憶された電圧信号を処理
し、生体情報を表す信号、具体的には計測部位のヘモグ
ロビン濃度を表すヘモグロビン信号への変換や、トポグ
ラフィ像の作成を行う中央演算処理装置ＣＰＵ110と、
ＣＰＵ110における処理結果を記憶するハードディスク
等の記憶部111と、処理結果を表示するモニタ112とを備
えている。

【００１９】ＣＰＵ110の詳細を図４に示す。図示する
ように、ＣＰＵ110は、主制御部114、演算部115、画像
形成部116及び表示処理部117からなり、ＣＰＵ110に画
像処理等に関する種々の命令を入力するためのキーボー
ド、マウス等の入出力部113を備えている。またハード
ディスク111には、予め頭部をモデルした２次元画像、
ワイヤフレーム画像等の画像が格納されている。

【００２０】次にこのような構成における生体光計測装
置の動作を説明する。図５は、本発明による生体光計測
装置の第一の実施形態を示すフロー図である。

【００２１】まず図２に示すように、被検体の頭部の複
数箇所(複数の領域)にプローブ104を装着し、プローブ
のソケット(図示せず)に照射用光ファイバ及び検出用光
ファイバの先端を差込み、各プローブ104と光トポグラ
フィ装置101を接続する。しかる後に、レーザ発生部102
から近赤外光を発生し、プローブ104を装着した脳表面
に照射する。脳表面上でヘモグロビンによる吸収・反射
を受けた近赤外光は、光ファイバ103を介して光計測部
で検出され、照射用光ファイバ先端と検出用光ファイバ
先端との中間に位置する計測点の信号として、信号処理
装置108のメモリ109に入力される。

【００２２】信号処理装置108のＣＰＵ110は、演算部11
5において各プローブ毎に計測点の信号を処理してヘモ
グロビン信号に変換し、ヘモグロビン変化信号を作成
し、これをハードディスク111内に記憶する。このよう
な操作を各プローブについて行う（図５、ステップ50
1）。表示処理部117は、領域毎のヘモグロビン変化信
号、ハードディスク111内に予め格納された頭部モデル
の２次元画像(以下、モデル画像という)上に貼り付ける
処理を行い、モニタ112上に表示する（ステップ502）。

【００２３】図６にモニタ112のウィンドウ画面601内の
モデル画像602上に表示された各領域のヘモグロビン変
化信号画像603〜607を示す。モデル画像602上に貼り付
けられる各領域のヘモグロビン変化信号画像の位置は、
デフォルトとして、例えばプローブ番号、、、
、の順に、図中、左(左側頭葉)、右(右側頭葉)、中
央上(前頭葉)、中央（頭頂葉）、中央下（後頭葉）と並
ぶように順番が決められており、ヘモグロビン変化信号
画像の表示には、各計測チャンネル毎のヘモグロビン変
化信号の他に、プローブ番号、計測チャンネル１ｃｈの
位置を示す計測方向確認マーカ608〜612も含まれる。

【００２４】次にこのような表示を見ながら、計測領域
の位置、方向を指定する（図５、ステップ503）。この
操作は、実際に装着した各プローブの位置及び向きを、
表示された計測領域の位置、方向と合わせる作業であ
り、例えば、モニタ112に表示されたヘモグロビン変化
信号画像を、入出力部113のマウスを用いてドラッグす
るなどの操作でユーザが任意に移動することによって行
うことができる。計測方向については、プローブが実際
に装着された方向になるように、計測方向確認マーカを
移動することにより行うことができる。

【００２５】これにより複数の計測領域のヘモグロビン
変化信号画像603〜607を、モデル画像602の該当する場
所上に表示することができる（ステップ504）。

【００２６】次に、このようなヘモグロビン変化信号か
らトポグラフィを作成し、表示する（ステップ505）。
トポグラフィは、各計測点間のヘモグロビン変化信号を
補間し、ある時刻におけるヘモグロビン変化信号を等高
線状の画像として表示したものである。トポグラフィ作
成のための補間はＣＰＵ110の演算部115において行わ
れ、画像形成部116においてトポグラフィを形成する。
表示処理部117は、各計測領域のトポグラフィをモデル
画像に貼り付け、モニタに表示する。トポグラフィ703
〜707の表示画面701の一例を図７に示す。図中、色の濃
い領域はヘモグロビン変化量の増加を、薄い領域はヘモ
グロビン変化量の減少を示している。尚、補間の概念を
説明するために、プローブの計測点708を示している
が、実際にモニタに表示される画面上701には計測点は
表示されない。また、トポグラフィは静止画像のみなら
ず、時系列に沿った動画としてアニメーション再生させ
てもよい。これにより、例えば課題実行中の脳内血行動
態などを観察することができる。

【００２７】これらトポグラフィについてもプローブ番
号や計測方向確認マーカを同時表示して、ヘモグロビン
変化信号画像と同様に計測領域の位置、方向の指定をで
きるようにしてもよいが、まず図６に示すようなヘモグ
ロビン変化信号の表示画面601で位置、方向の指定をし
た後、入出力装置113を介してトポグラフィ表示画面701
を選択することによって、トポグラフィ画像703〜707を
表示させることが実際的である。

【００２８】以上のように、本実施形態によれば、複数
の領域について計測した結果を、一つの画面に表示され
たモデル画像上に表示することができるので、複数の領
域全体の情報の把握が極めて容易になり、診断価値の高
い生体光計測装置が得られる。

【００２９】次に、本発明の第二実施形態として、３次
元画像への表示について説明する。図８は、複数領域の
トポグラフィ画像を、頭部をモデルした３次元ワイヤフ
レーム画像上に表示するための手順を示すものである。

【００３０】本実施形態においても、複数のプローブ10
4を頭部の複数の領域に装着し、光トポグラフィ装置101
による計測を行うこと、及び各プローブ毎の計測データ
（ヘモグロビン信号）をハードディスク111に格納する
ことは、図２の実施形態と同様である（ステップ80
1）。表示処理部117は、各プローブ毎のヘモグロビン変
化信号画像を、予めハードディスク111内に格納された
３次元ワイヤフレーム上の定位置に貼り付けた画像を作
成し、モニタ112に表示させる（ステップ802）。

【００３１】この定位置も、図６の場合と同様に予めデ
フォルトで決めておくことができるので、ユーザーは、
計測領域毎にヘモグロビン変化信号画像とともに表示さ
れたプローブ番号と計測方向確認マーカを指標として、
図６の実施形態と同様に手動で、計測領域の位置、方向
の指定を行う（ステップ803）。この場合には、ワイヤ
フレーム画像を回転させて、複数の面から表示すること
により、全領域を一面のみでは表示できない場合にも指
定を行いやすくできる。

【００３２】或いは、図示しない位置計測装置を用いて
プローブ位置を検出し、指定するようにしてもよい。位
置計測装置としては、光学式、機械式、超音波式など３
次元位置計測装置を採用することができ、測定室に別途
配置しておく。このような位置計測装置を用いる場合に
は、図８にサブルーティン（8031〜8033）として示した
ように、まず位置計測装置の座標系と表示系のワイヤー
フレームの位置との対応つけを行っておく（ステップ80
31）。次に、入出力部113により表示された所定のプロ
ーブ番号を選択した状態で、位置計測装置により、その
番号のプローブが装着された計測領域(実空間の領域)の
位置を検出し、ＣＰＵ110に入力する（ステップ803
2）。ＣＰＵ110は、計測された実空間の座標に対応する
ワイヤーフレームの位置に、選択されたプローブ番号の
プローブから得られたヘモグロビン変化信号画像を貼り
付ける（ステップ8033）。

【００３３】このように位置計測装置を用いることによ
り、計測領域全体を一面で表示できない場合や計測領域
が複雑な形状の場合にも、計測領域の位置、方向の指定
を容易に行うことができる。

【００３４】こうして計測領域の位置、方向の指定が終
了したならば、ヘモグロビン変化信号からトポグラフィ
画像を作成し（ステップ804）、３次元ワイヤーフレー
ム上の指定された位置に表示する（ステップ805）。表
示の一例を図９に示す。図９はワイヤーフレーム901上
に表示された５つのトポグラフィのうち４つの領域のト
ポグラフィ902〜905が見えている状態を示しており、こ
のようなワイヤーフレーム画像を、例えば、体軸を中心
軸として回転させることにより、頭部全体を観察するこ
とができる。

【００３５】またこの実施形態においても、各領域のト
ポグラフィ画像を時系列に沿った動画として再生しても
よい。

【００３６】次に本発明の第三の実施形態として、連続
したトポグラフィ画像の表示について説明する。本実施
形態の手順を図１０に示す。

【００３７】まず実際に計測された領域のヘモグロビン
変化信号から、計測されていない領域のヘモグロビン変
化信号を補間推定する。補間推定は、計測された領域の
データの近似曲線、スプライン補間などの手法を用いて
行なう。このような補間を検査部位全体について行なう
ために、計測されたデータを3次元座標に配置した3次元
データを作成する（ステップ1001）。これは、例えば3
次元ワイヤーフレーム画像上に貼り付けた各計測領域の
データを、その貼り付け位置のデータとすることによっ
て容易に作成することができる。

【００３８】次にこのような3次元データを水平方向及
び垂直方向にスライス化し、各断面における補間を行な
う。即ち、例えば、まず水平方向断面の同一スライス上
にある計測された点のデータ1011を用いて、計測されて
いない領域のデータ1012を補間する（ステップ1002）。
このような水平方向断面データの補間を、順次複数のス
ライスについて行い、全ての水平方向断面のデータを補
間する（ステップ1003）。次に、垂直方向について同一
スライススライス上にある計測された点のデータ1013を
用いて、計測されていない領域のデータ1014を補間する
（ステップ1004）。このような水平方向断面データの補
間を、順次複数のスライスについて行い、全ての水平方
向断面のデータを補間する（ステップ1005）。最後に、
こうして得られた全領域についての3次元データを用い
てトポグラフィを作成し、3次元ワイヤーフレーム画像
上に表示する（ステップ1006）。

【００３９】表示の一例を図１１に示す。図示するよう
にワイヤーフレーム1103上に、頭部全体のトポグラフィ
1102が表示される。図中、符号（白丸）1101は計測され
た点であることを示す。色の濃い領域はヘモグロビン変
化量の増加、薄い領域はヘモグロビン変化量の減少を示
している。この場合にも、ワイヤーフレーム画像を所望
の軸の周りに回転表示することも可能であるし、また時
系列に沿って動画として再生してもよい。

【００４０】さらに、こうして得られた３次元ワイヤー
フレーム画像上のトポグラフィを、所望の方向に投影し
てもよい。図１２に、図１１のトポグラフィを垂直方向
に投影し、2次元モデル画像上1202に表示した表示画面1
201の一例を示す。符号1203は計測された点であること
を示し、色の濃い領域はヘモグロビン変化量の増加、薄
い領域はヘモグロビン変化量の減少を示している。この
場合にも、時系列に沿って動画として再生してもよい。

【００４１】本実施形態によれば、計測されない部分に
ついて補間推定することにより、検査部位全体のトポグ
ラフィを得ることができ、全体の把握がより容易にな
る。

【００４２】以上、本発明の生体光計測装置の各実施形
態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるこ
となく、種々の変更が可能である。例えば、上記実施形
態では、ヘモグロビン変化信号画像或いはトポグラフィ
を重畳表示する形態画像として、被検体の検査部位をモ
デルした2次元画像或いは3次元ワイヤーフレームを用い
たが、このようなモデル画像ではなく、ＭＲＩやＸ線Ｃ
Ｔ装置など他の画像診断装置で取得した被検体画像を形
態画像として用いることも可能である。

【００４３】この場合には、画像診断装置で得た被検体
画像を信号処理装置101の記憶部111に取り込み、ヘモグ
ロビン変化信号画像或いはトポグラフィの位置合わせに
当たっては、位置計測装置を用いる。即ち、まず取り込
んだ形態画像と位置計測装置によって位置計測される被
検体との座標のレジストレーションを行なっておき、画
像上で選択したプローブ番号の計測領域が、その番号の
プローブ位置と一致するようにヘモグロビン変化信号画
像を移動することにより、形態画像上の該当する領域に
ヘモグロビン変化信号画像を表示させることが可能であ
る。

【００４４】また以上の実施形態では、複数の計測領域
にそれぞれプローブを装着して、同時に計測を行なった
場合を説明したが、例えば複数の領域を、一つのプロー
ブで順次計測したデータを記憶部に格納しておき、全て
の領域の計測が終了後に、複数の計測領域の画像を2次
元或いは３次元モデル画像上に表示させるようにするこ
とも可能である。

【００４５】

【発明の効果】本発明によれば、複数の領域にわたる計
測結果を一つの画面上で観察することができる。また本
発明によれば、複数の領域を含む検査部位全体を、検査
部位の形態画像上で観察することができる。これにより
診断効率の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の生体光計測装置の全体概要を示す図

【図２】本発明の生体光計測におけるプローブ装着状
態を示す図

【図３】本発明の生体光計測装置の構成例を示す図

【図４】図１の生体光計測装置の信号処理装置を示す
ブロック図

【図５】本発明の生体光計測の一実施形態の手順を示
す図

【図６】本発明の生体光計測装置における表示の一例
を示す図

【図７】本発明の生体光計測装置における表示の一例
を示す図

【図８】本発明の生体光計測の一実施形態の手順を示
す図

【図９】本発明の生体光計測装置における表示の一例
を示す図

【図１０】本発明の生体光計測の一実施形態の手順を示
す図

【図１１】本発明の生体光計測装置における表示の一例
を示す図

【図１２】本発明の生体光計測装置における表示の一例
を示す図

【符号の説明】

101・・・光トポグラフィ装置 103・・・光ファイバ 104・・・プローブ 10５〜107・・・光計測部 108・・・信号処理装置 110・・・ＣＰＵ 111・・・記憶部（ハードディスク） 112・・・モニタ

フロントページの続きＦターム(参考） 2G059 AA05 AA06 BB12 CC18 EE01 EE02 EE11 FF02 FF06 GG01 GG03 GG06 HH01 HH02 HH06 JJ17 KK03 MM01 MM10 NN06 PP04 4C038 KK00 KK01 KL05 KL07 KM00 KX01 KX02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の光照射部と受光部を備えたプロー
ブと、前記プローブが受光した光量を計測位置毎に検出
する光計測手段と、検出された光量に対応する信号をも
とに前記被検体の生体情報を計算し、生体情報画像を形
成し表示する信号処理手段とを備えた生体光計測装置に
おいて、前記信号処理手段は、前記被検体の複数の計測
領域について、それぞれ複数の生体情報画像を作成し、
前記複数の生体情報画像を対応する計測領域の位置及び
方向に合わせて配置し表示する手段を備えたことを特徴
とする生体光計測装置。
【請求項２】前記信号処理手段は、前記被検体の検査
部位の形態画像を記憶する記憶部を備え、前記複数の生
体情報画像を前記記憶部に記憶された形態画像に重畳表
示することを特徴とする請求項１記載の生体光計測装
置。
【請求項３】前記形態画像は、他の画像診断装置で得
られた画像である請求項２記載の生体光計測装置。
【請求項４】前記形態画像は、生体をモデルした画像
であることを特徴とする請求項2記載の生体光計測装
置。
【請求項５】前記信号処理手段は、隣り合う計測領域
間の生体情報を推定する手段を備え、前記複数の計測領
域の生体情報及び推定された領域間の生体情報をもとに
連続した生体情報画像を形成することを特徴とする請求
項１記載の生体光計測装置。