JP2007111407A - 光生体イメージング装置のマルチプローブホルダー - Google Patents

Abstract

【課題】
近赤外光イメージング装置のマルチプローブホルダーにおいて、光ファイバーの位置がずれず、送光ファイバーと受光ファイバーの距離が一定であり、取り付けに再現性があり、目的に合わせてマルチプローブホルダーの形状を変化させることができる。
【解決手段】
ホルダーの構成部品を直線型部材１と交差型部材２の２種類のみにし、連結はナット等にて取り外しできるようにする。交差型部材２の孔間の距離は直線型部材１の孔間の距離と同じに形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、近赤外光により脳機能を無侵襲で計測し、言語・視覚・聴覚・運動などの働きを診断・研究する光生体測定装置に関して、特に生体に測定光を照射する複数の送光プローブと測定部位からの透過散乱光を受光する複数の受光プローブとを備えたマルチチャンネルの近赤外光イメージング装置に関する。

生体に近赤外光を照射し、生体内部で吸収又は散乱した後、生体内部から出てくる光を受光し、酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンとのスペクトルの相違を用いて、それらの相対変化や絶対量を無侵襲に測定する酸素モニターが知られている。
また、この酸素モニターにおいて、光を照射する送光プローブと受光する受光プローブを複数個に増やし、送光プローブや受光プローブを二次元的に配置する、或いは、被検体を囲んで３次元的に配置することによって、酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンの相対変化を画像化する装置も開発されており、マルチチャンネル酸素モニターと呼ばれている。
特に、被検体が頭部の場合は、脳機能を無侵襲で計測し、言語・視覚・聴覚・運動などの働きを診断・研究することができる装置となり、近赤外光イメージング装置と呼ばれている

近赤外光イメージング装置では、頭部への光の照射と頭部からの光の受光を行うために、送光プローブと受光プローブに接続された複数個の光ファイバーの先端部分を所定の配置で被検体に接触させる必要があり、そのために、マルチプローブホルダーと呼ばれる装着具が使用される。マルチプローブホルダーの要件としては、プローブが動かないように固定されること、隣り合う送光プローブと受光プローブの距離が一定であること、プローブの取り付け位置に再現性があること、全てのプローブが曲面にフィットすること、などが挙げられる。

以下に、特許文献１の特開２００４−３１３７４を従来技術の参考文献として、従来技術を説明する。図１０、１１、１２、１３、１４に、従来技術を示す。図１０において１２は直線型部材であり、１４は直線型部材１２の両端に空けられた直線型部材の孔である。１６は、直線型部材の孔１４に嵌め込まれるソケット、１８は、ソケット１６の外側に設けられたネジに螺合するナット、２０は、送光プローブ又は受光プローブを表している。直線型部材１２は、例えば幅２ｃｍ、厚さ０．１ｍｍのポリプロピレン製であり、伸縮性は持たず厚さ方向にだけ可撓性を持っている。ふたつの直線型部材の孔１４の中心間の距離はチャンネル長さであり例えばその長さは３ｃｍである。

ソケット１６には、送光プローブ又は受光プローブ２０を装着して保持するために、内側にメスネジが設けられている。送光プローブ又は受光プローブ２０はともに同じ外形形状に形成されており、ソケット１６の内側のネジに螺合して装着される。
ソケット１６の外側にもネジが設けられており直線型部材１２の直線型部材の孔１４に挿入された状態で、そのネジにナット１８が螺合される。
２つの直線型部材１２のそれぞれの一方の直線型部材の孔１４を重ね合わせてその重ねられた直線型部材の孔１４にソケット１６を挿入し直線型部材１２を挟んでナット１８で締めることによって２つの直線型部材１２を連結することができる。

図１１の（Ａ）は、２つの直線型部材１２のそれぞれの一方の直線型部材の孔１４を重ね合わせてその重ねられた直線型部材の孔１４にソケット１６を挿入し、ナット１８で取り付けた状態を表している。二つの直線型部材１２の角度はソケット１６とナット１８の間の締め付けを緩めることで回動可能になり、調整することができる。また、ソケット１６とナット１８の間の締め付けを強くすることにより２つの直線型部材１２が固定されてその間の角度が固定される。
図１１の（Ｂ）に、ソケット１６の上部には、送光プローブ又は受光プローブ２０をねじ込み、装着された状態でのソケット１６付近の断面を示す。直線型部材１２は伸縮しないが、可撓性があることを分りやすく表現している。
図１２には、このようにして複数の直線型部材１２を連結して形成した網状体であるマルチプローブホルダーを示す。

送光プローブ又は受光プローブ２０はソケット１６に装着され、伸縮性のない直線型部材１２の両端の直線型部材の孔１４に位置し、一方の直線型部材の孔１４に送光プローブ又は受光プローブ２０が装着されれば、他方の直線型部材の孔１４には受光プローブ又は送光プローブ２０が装着される。そのことにより、隣り合う送光プローブと受光プローブ２０の距離は例えば３ｃｍの一定な距離を保つことができる。
図１３に、直線型部材１２の連結体を繋ぎ合わせ網状体にし、頭部に覆い被せた図を参考に示す。

ところで、直線型部材１２の組み合わせだけでは、ナット１８を緩め、頭部に取り付けた場合に、直線型部材１２同士の交差する角度に自由度があり、曲面となる網状体の周辺部分は位置が動いてしまいやすく、再現性が保ち難いと言う欠点がある。
その再現性の無さを補うため、例えば、図１４にあるように、網状体の中央部にソケット用の孔が３つ以上配置された長辺部材４０ａと４０ｂを直交して設け、各々の直線型部材の孔１４に各直線型部材１２を連結して構成する。
長辺部材４０ａ、４０ｂのソケット用の孔は例えば３ヶ所以上配置され、孔の間隔などは直線型部材１２と同等にしている。幾つかの直線型部材１２の代わりに２つの長辺部材４０ａ、４０ｂを直交して連結し、他を直線型部材１２で構成して連結・組み合わせることにより、全てを直線型部材１２で構成するより、自由度を減らして再現性を向上させている。

直交した長辺部材４０ａ、４０ｂの交点が頭部のある位置に決定され、また、頭部の曲面と長辺部材４０ａ、４０ｂの一方の方向が決まれば、これら長辺部材４０ａ、４０ｂの長辺に設けられた孔の位置は決めることができる。それらが決まれば、４２−１、４２−２、４２−３、４２−４で示される直線型部材の孔１４の位置が一義的に決まり、次々と近隣の孔の位置を一義的に決めることができ、最終的に、孔で構成されるマトリックスの行と列を考えれば、直交する長辺部材４０ａ、４０ｂの孔が含まれるマトリックス面に関しては、曲面を覆う孔の位置が一義的に決まるため、再現性が保たれることとなる。
特開２００４−３１３７４１号公報

従来技術のように、直交する長辺部材を用いた場合、その直交する長辺部材が含まれる四角形が、直線型部材の連結体の構成であるから、その直交する長辺部材が含まれる四角形より、小さな面積の直線型部材の連結体を形成することはできなかった。しかしながら、測定部位は目的により様々であるため、例えば、前頭葉・後頭部、側頭部などのようにもっと小さな面積を測定部位にあわせた形状でもっと高分解能に測定したい場合などには対応できなかった。また、測定部位により必要なチャンネル数も異なるため、あらゆる測定に対応するためには、多くの大小違った長辺部材を用意しなければならなかった。

本発明が提供する光生体イメージング装置のマルチプローブホルダーは、上記課題を解決するために、一定の距離を有して両端部にプローブを保持するソケットを挿設できる孔が穿設された直線型部材と、交差部とこの交差部から一定の距離にある四方端部にプローブを保持するソケットを挿設できる孔が穿設された交差型部材をそれぞれ多数個有し、前記両部材はそれぞれの孔がソケットを介して連結され所望の計測面が形成できるように構成される。従って、直線型部材と交差型部材の２種類からなるため、部品点数を減らすことができる。また、一方、直交しない交差型の部材を使用することによって、組み合わせによっては、単位面積当たりの孔の数、すなわちプローブの数を増やすことができ、空間分解能を向上させることができる。

また、本発明が提供する光生体イメージング装置のマルチプローブホルダーは、上記課題を解決するために、交差型部材と直線型部材は、前記ソケットを介して部材同士回動可能に連結される。従って、それらの部材の組み合せや配置を自由に選択・変更することができ、目的に合わせてマルチプローブホルダーを大小いろいろな形に変形させることができる。

本発明の光生体イメージング装置のマルチプローブホルダーは、２種類の交差型部材と直線型部材の組み合わせを選ぶことによって、小さな正方形、長方形、菱形、等々、形や大きさを変えることができるため、例えば前頭葉、後頭部、側頭部など測定部位を特定したい場合にも、また、頭部全体を測定したい場合にも、適応が容易である。
多種類の直線型部材は必要なくなり、２種類の部材だけでよいので部品点数が削減できる。部材は小さくてすみ、プローブ取り付け位置の再現性は、損なわない。直交しない交差型部材を変形に組み合わせれば、分解能を向上させることができる。

本発明は、マルチプローブホルダーの送光プローブと受光プローブの距離を一定に保つための部材が、複数個の交差型の部材と複数個の直線型の部材の２種類のみで構成され、相互にソケット等にて連結することで様々な形状に組み替えることができることを特徴とするが、これら部材の形状と連結の仕方としては、部材の端部に孔を設け、その孔を重ね合わせてソケットを挿入してナットで締める方法が最も実用的であり、最良の形態である。

図１に本発明を構成する部品を斜視的に示す。図１（Ａ）は交差型部材を示し、図１（Ｂ）は直線型部材を示す。また、図１（Ｃ）はソケットであり、図１（Ｄ）はナットを示す。
１は、直線型部材であり、例えば幅２ｃｍ、厚さ０．１ｍｍのポリプロピレン製である。２は、交差型部材であり、直線型部材１と同様に、例えば幅２ｃｍ、厚さ０．１ｍｍのポリプロピレン製である。それらの部材は、伸縮性は持たず厚さ方向にだけ可撓性を持っている。３はそれらの部材（直線型部材１あるいは交差型部材２）に空けられた孔であり、直線型部材１には両端の２箇所、交差型部材２には、端部４箇所と中央１箇所の合計５箇所に設けられている。隣り合った孔３の中心間の距離はチャンネル長さであり例えばその長さは３ｃｍである。

４はソケット、５はナットであり、ソケット４を孔３に嵌め込み、ソケット４に設けられたネジ部を使ってナット５を締め付ける。２つのそれら部材（直線型部材１や交差型部材２）のそれぞれの一方の孔３を重ね合わせてその重ねられた孔３にソケット４を挿入し、２枚の部材（直線型部材１や交差型部材２）を挟んでナット５で締めることによって２つの部材（直線型部材１や交差型部材２）を連結することができる。

図２に部材を連結した場合の、連結部の断面を示す。６は光ファイバー、７は光ファイバー端子である。光ファイバー６の径は細く例えば１ｍｍ程度であるため、折れ曲がりを防ぎ安定して保持するために、直径約５ｍｍの光ファイバー端子７に挿入され、ネジ若しくはバネ等で固定されるが、その内部の詳細な記述は省略している。
８は、ソケット４の内側の貫通部に設けられた光ファイバー嵌合部である。光ファイバー端子７と光ファイバー嵌合部８は、例えばネジ式であったり、例えばピン等によるロック機構により固定されるものであるが、図２ではその光ファイバー嵌合部８の詳細な記述は省略している。

図３に、このようにして複数の部材（直線型部材１あるいは交差型部材２）を連結した網状体を示す。
頭部のような凸曲面に網状体をフィットさせるためには、ナット５を緩め、部材（直線型部材１あるいは交差型部材２）に囲まれて作られる四角形の内角の和がその部位の曲率に応じて３６０度より大きくなるように、部材の可撓性と、部材間の角度の可動性を利用して曲面に合わせることにより、任意の凸曲面に網状体をフィットさせることができる。

また、網状体のマトリックスの行と列の中で、全ての行及び全ての列に、複数の交差型部材２の孔３が存在するように部材を配置した場合、任意の曲面にフィットし、且つ、曲面上の一点と部材の方向を決めてやれば、全ての孔３が一義的に定まることから、取り付けに再現性がある。
同様に、網状体のマトリックスの行と列の中で、ゼロ或いはひとつの交差型部材２の孔しかない行若しくは列が存在するように部材を配置した場合、任意の局面にフィットするが、自由度が少し残るため、全ての孔３が一義的に定まることはなく、取り付けの再現性はなくなる。しかしながら、交差型部材２が存在しないマトリックスの自由度に比較すれば遥かに自由度は少なく再現性もほぼ保たれる。

図３は、交差型部材２を３個、直線型部材１を７２個使って構成したマルチプローブホルダーを示す。この例では、広く１８ｃｍ平方（３２４平方ｃｍ）の面積をカバーできるため、例えば頭頂部分を測定するために用いられる。
一方、部材（直線型部材１あるいは交差型部材２）は、自由に組み合わせができるため、例えば、図４の実施例４×４の正方形に構成することもでき、この場合は、９ｃｍ平方（８１平方ｃｍ）の面積をカバーし、例えば前頭葉を測定する時に用いられる。

また、図５の実施例５×５の正方形の場合は、１２ｃｍ平方（１４４平方ｃｍ）の面積をカバーし、例えば後頭部の測定に用いられる。図６の実施例３×９の長方形の場合は６ｃｍ×２４ｃｍ（１４４平方ｃｍ）の面積を測定でき例えば側頭部に適応させる。同様に、図７の実施例の様に、斜め配置などの形状に組み立てることができるが、この場合は、約５ｃｍ×３１ｃｍのさらに細長い面積を測定できる。
このように、部材（直線型部材１あるいは交差型部材２）の組み合わせを変えることによって網状体の形状を変えることができるため、例えば頭部の前頭葉、後頭部、側頭部など測定部位を小さな面、若しくは細長い面で特定したい場合などに有用である。

変形実施例として、交差型部材２は必ずしも直行している必要は無く、直行していない場合は、図８や図９のような形に組み立てることも可能である。
図８の場合は、交差型部材２の辺が約６０度で交差している。この場合は、測定面の形状が平行四辺形で、測定の面積が約１０．５ｃｍ×１２ｃｍの１２６平方ｃｍとなり、その面積の中にプローブが２５個設けることができるため、同様のプローブ数である図５の場合の１４４平方ｃｍに較べると、単位面積当たりのプローブの数、すなわち光ファイバーの数を増やすことができるため測定の空間分解能を向上させることができる。

また、図９の場合は、辺が約３０度で交差している交差型部材２を横に並べている。この場合は、測定面の形状が長方形で、測定の面が約５．８ｃｍ×１８ｃｍの１０４平方ｃｍとなり、その面積の中にプローブが１９個設けることができるため、同様に、単位面積当たりのプローブの数、すなわち光ファイバーの数を増やすことができるため測定の空間分解能を向上させることができる。

本発明は、近赤外光により脳機能を無侵襲で計測し、言語・視覚・聴覚・運動などの働きを診断・研究するマルチチャンネルの近赤外光イメージング装置などに利用可能である。

本発明の構成部品を斜視的に示した図である。 本発明の構成部品を組み立てたときのソケット部分の断面を示す図である。 本発明の一実施例の全体を示す図である。 本発明の一実施例を示す図である。 本発明の一実施例を示す図である。 本発明の一実施例を示す図である。 本発明の一実施例を示す図である。 本発明の一変形実施例を示す図である。 本発明の一変形実施例を示す図である。 従来における構成部品を斜視的に示した図である。 従来における構成部品を組立てた時のソケット部分の断面を示す図である。 従来における、一実施例を示す図である。 従来における、一実施例の参考を示す図である。 従来における、一実施例を示す図である。

符号の説明

１ 直線型部材
２ 交差型部材
３ 孔
４ ソケット
５ ナット
６ 光ファイバー
７ 光ファイバー端子
８ 光ファイバー嵌合部
１２直線型部材
１４直線型部材の孔
１６ ソケット
１８ ナット
２０ 送光プローブ又は受光プローブ
４０ａ 長辺部材
４０ｂ 長辺部材

Claims (2)

1. 被検体への光の照射と被検体からの光の受光を行うために、送光プローブと受光プローブを被検体面に多数個接触配置させ、被検体の機能を無侵襲で計測する光イメージング装置のためのマルチプローブホルダーであって、一定の距離を有して両端部にプローブを保持するソケットを挿設できる孔が穿設された直線型部材と、交差部とこの交差部から一定の距離にある四方端部にプローブを保持するソケットを挿設できる孔が穿設された交差型部材をそれぞれ多数個有し、前記両部材はそれぞれの孔がソケットを介して連結され所望の計測面が形成できるように構成されることを特徴とする光生体イメージング装置のマルチプローブホルダー。
2. 交差型部材と直線型部材は、前記ソケットを介して部材同士回動可能に連結されることを特徴とする請求項１記載の光生体イメージング装置のマルチプローブホルダー。

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