WO2007135993A1 - 生体光計測装置 - Google Patents

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WO2007135993A1
WO2007135993A1 PCT/JP2007/060232 JP2007060232W WO2007135993A1 WO 2007135993 A1 WO2007135993 A1 WO 2007135993A1 JP 2007060232 W JP2007060232 W JP 2007060232W WO 2007135993 A1 WO2007135993 A1 WO 2007135993A1
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WO
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image
stereoscopic image
measurement
unit
light
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PCT/JP2007/060232
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English (en)
French (fr)
Inventor
Shingo Kawasaki
Kimitaka Anami
Original Assignee
Hitachi Medical Corporation
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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55—Specular reflectivity

Definitions

  • the present invention relates to a biological light measurement device that measures the optical characteristics of a subject using light.
  • an intensity signal of detection light is displayed as a contour image on a two-dimensional display surface representing a measurement position.
  • the contour image is created by calculating the time integral value (or time average value) of the relative change amount of the measured hemoglobin concentration and linearly interpolating the values between the measurement points (see, for example, Patent Document 1).
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 9 19408
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and it is an object of the present invention to obtain a biological optical measurement device that can facilitate visual recognition of temporal changes in measurement result information. Objective.
  • a biological light measurement apparatus includes a plurality of light irradiation probes that irradiate light to a subject and a plurality of light detection probes that detect light returning from the subject force.
  • a mounting unit to be mounted a measurement unit that measures the amount of light detected by the light detection probe, a measurement result force of the detected light amount, a two-dimensional image configuration unit that forms a two-dimensional topography image, and the two-dimensional topography image
  • the two-dimensional topography image is made to correspond to a measurement position and superimposed in order of measurement time Accordingly, a stereoscopic image forming unit that forms a stereoscopic image is provided, and the monitor displays the stereoscopic image.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a biological light measurement device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an explanatory view showing an example of a body mark displayed on the monitor of FIG.
  • FIG. 3 An explanatory diagram showing an example of displaying the measurement result information by the irradiation measurement unit in FIG. 1 in a graph.
  • ⁇ 4 An explanatory diagram showing an example of displaying the measurement result information by the irradiation measurement unit in FIG. 1 as a stereoscopic image. It is.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of a two-dimensional topography image created by the display control unit in FIG. 1.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing a state in which the two-dimensional topography image as shown in FIG. 5 is superimposed in the time axis direction in the order of measurement time.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing a state in which the adjacent two-dimensional topography images in FIG. 6 are interpolated.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing an example in which an opaque stereoscopic image is displayed on the monitor of FIG.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing an example in which the stereoscopic image of FIG. 8 is displayed with a predetermined transparency.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram showing a display state of the stereoscopic image of FIG. 4 when the frontal upper force is also viewed downward.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram showing examples of three types of cross-sectional images extracted from the three-dimensional image cover of FIG.
  • FIG. 12 is an explanatory diagram showing an example in which the graph group in FIG. 3, the stereoscopic image in FIG. 4, and the coronal section topography image in FIG. 11 are combined and displayed.
  • FIG. 13 is an explanatory diagram showing an example in which measurement result information of a schizophrenic subject is displayed as a stereoscopic image.
  • FIG. 14 is an explanatory diagram showing an example in which measurement result information of a depression subject is displayed as a stereoscopic image.
  • FIG. 15 is a block diagram showing a configuration of a display control unit of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a biological light measurement device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the mounting part 1 mounted on the subject has a light irradiation probe group 2, a light detection probe group 3, and a holder (not shown) that holds the probe groups 2 and 3.
  • the light irradiation probe group 2 includes a plurality of light irradiation probes that irradiate the subject with light.
  • the light detection probe group 3 includes a plurality of light detection probes that detect light that also returns to the subject force.
  • the light irradiation probe and the light detection probe are arranged in a matrix on the holder. Moreover, the light irradiation probe and the light detection probe are alternately arranged.
  • the mounting unit 1 is connected to the measuring apparatus main body 6 via an irradiation optical fiber group 4 including a plurality of irradiation optical fibers and a detection optical fiber group 5 including a plurality of detection optical fibers. It has been done.
  • the measurement apparatus body 6 has an irradiation measurement unit 7, a display control unit 8, a monitor 9, and an input unit 9.
  • the irradiation measurement unit 7 generates light having a wavelength in the visible power infrared region and sends it to the light irradiation probe group 2, and measures the amount of light detected by each light detection probe. Further, the irradiation measurement unit 7 obtains, for example, the amount of change in hemoglobin concentration in blood as measurement result information corresponding to the measurement result of the detected light amount.
  • the display control unit 8 displays the measurement result information obtained by the irradiation measurement unit 7 on the monitor 9 as an image.
  • the input unit 9 instructs the display control unit 8 about image display. As shown in FIG.
  • the display control unit 8 includes a two-dimensional image configuration unit 80, an image storage unit (ROM, RAM, hard disk, etc.) 81, a stereoscopic image configuration unit 82, an image analysis unit 83, a graph, A group constituent unit 84 and a control unit 85 are included.
  • the control unit 85 is connected to the input unit 9 and controls each component of the display control unit 8 based on input information from the input unit 9.
  • the two-dimensional image construction unit 80 creates a two-dimensional topography image based on the amount of change in hemoglobin concentration measured by the irradiation measurement unit 7 and the measurement position.
  • the image storage unit 81 stores the two-dimensional topography image created by the two-dimensional image construction unit 80 in the order of measurement time.
  • the stereoscopic image construction unit 82 superimposes the two-dimensional topography image stored in the image storage unit 81 in the time axis direction in the order of measurement time, thereby constructing a stereoscopic image. Then, the stereoscopic image forming unit displays the configured stereoscopic image on the monitor 9.
  • the image analysis unit 83 analyzes parameters such as time, such as the shape and distribution of a stereoscopic image, and displays the analysis result on the monitor 9. For example, a body mark 10 a as shown in FIG. 2 is displayed on the monitor 9 in addition to the measurement result information.
  • a body mark storage unit (not shown) creates and stores in advance a plurality of body marks that schematically show the arrangement state of measurement positions (measurement points).
  • the operator selects one of the body marks stored in the body mark storage unit via the input unit 20 and the control unit 85, and displays the selected body mark on the monitor 9.
  • the body mark 10a in FIG. 2 shows the case where the measurement region is the forehead. Furthermore, in this example, there are 52 measurement positions of channel 1 to channel 52.
  • Each measurement position is located between the light irradiation probe and the light detection probe. Part of the light emitted from the light irradiation probe passes through the cerebral cortex at the measurement position and enters the light detection probe. At this time, the amount of light detected by the light detection probe changes according to the hemoglobin concentration at the measurement position. Therefore, it is possible to measure the relative change in the hemoglobin concentration. Also, by displaying the body mark on the monitor 9 together with the measurement result information, it is possible to grasp the approximate correspondence between the measurement result and the measurement position.
  • the graph group constituting unit 84 is based on the measurement result information corresponding to the measurement result of the detected light quantity obtained from the irradiation measurement unit 7, and calculates the time of the hemoglobin concentration (measurement value) at each measurement position.
  • a graph group in which graphs showing changes are arranged so as to correspond to the measurement positions is configured.
  • the graph group configuration unit 84 displays the graph group on the monitor 9 as shown in FIG.
  • the example in Fig. 3 shows the case where the measurement area is the forehead.
  • the horizontal axis represents time
  • the vertical axis represents hemoglobin concentration.
  • the relative change from the start of measurement is shown.
  • the solid line in each graph indicates the oxygenated hemoglobin concentration
  • the broken line indicates the reduced hemoglobin concentration.
  • the subject is given a word recall task at the time of measurement, and the word recall task start time (tl) and the word recall task end time (t2) are indicated by broken lines in each graph.
  • the word recall task is, for example, “Suto T, Fukuda M, Ito M, Uehara T, Mikuni M (2004) Multi-channel near-infrared spectroscopy in depression and schizophrenia: co gnitive brain activation study.
  • Psycniatry 55: 501—511 is one of the examination methods described in“ Psycniatry 55: 501–511 ”, and it is a task to remind the subject to speak various words.
  • oxygenated hemoglobin increases in many channels as the word recall task begins. In addition, it decreases with the completion of the word recall task.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example in which measurement result information by the irradiation measurement unit 7 of FIG. 1 is displayed as a stereoscopic image.
  • the stereoscopic image is displayed as a rectangular parallelepiped in which a rectangular hemoglobin concentration distribution map corresponding to the measurement region is superimposed in the time axis direction.
  • the increase or decrease in the oxygenated hemoglobin concentration is expressed by color shading, and the change below the preset threshold value is ignored and transparent.
  • the three-dimensional image includes a small variation in oxygenated hemoglobin concentration, a transparent portion, a large variation in oxygenated hemoglobin concentration, and an activation unit 12.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of a two-dimensional topographic image (contour line image) created by the two-dimensional image construction unit 80 of FIG.
  • the two-dimensional image construction unit 80 interpolates data between adjacent measurement positions (between measurement channels) for the measurement result information at a certain time obtained from the irradiation measurement unit 7 as shown in FIG. Create a dimensional topography image.
  • the two-dimensional topography image is stored in the image storage unit 81.
  • a two-dimensional topography image can also be output from the image storage unit 81 to the monitor 9 and displayed.
  • the increase or decrease in oxygenated hemoglobin concentration 10 seconds after the start of the word recall task is expressed in shades of color. Hemoglobin increases and decreases can also be shown in different colors (for example, red for increase and blue for decrease). It can be seen that hemoglobin increases in the dark area in Fig. 5 and decreases in the light area.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing a state in which the two-dimensional topography image stored in the image storage unit 81 as shown in FIG. 5 is superimposed in the time axis direction in the order of measurement time
  • FIG. 7 is an adjacent two-dimensional topogram of FIG. It is explanatory drawing which shows the state which interpolated between figure images.
  • the stereoscopic image constructing unit 82 reads out two-dimensional topographic images from the image storage unit 81 in the order of measurement time, for example, every 0.1 second, and superimposes 10 two-dimensional topographic images per second. Through the processes shown in FIGS. 5 to 7, the stereoscopic image forming unit 82 outputs the stereoscopic image to the monitor 9, and the monitor 9 displays the stereoscopic image.
  • the reading interval of the two-dimensional topography image can be arbitrarily set by the input unit 20. .
  • the readout interval information set by the input unit 20 is output to the stereoscopic image configuration unit 82, and the stereoscopic image configuration unit 82 superimposes the two-dimensional topography image based on the input readout interval information.
  • the stereoscopic image composing unit 82 reads out a 2D topographic image every 0.02 seconds and superimposes 50 2D topographic images per second to superimpose a stereoscopic image.
  • the 3D image composing unit 82 reads out a 2D topography image every 0.2 seconds and composes a 3D image by superimposing 5 2D topography images per second. To do.
  • the stereoscopic image forming unit 82 displays images (two-dimensional topography images) in which the amount of change in hemoglobin concentration is displayed in a plane corresponding to the measurement region so as to correspond to the measurement position (in the order of measurement time). By superimposing in the time axis direction, a three-dimensional image (three-dimensional topography image) is created and displayed on the monitor 9. At this time, the stereoscopic image forming unit 82 creates a stereoscopic image while interpolating measurement result information adjacent to each other for the measurement position and the measurement time.
  • the stereoscopic image composing unit 82 can arbitrarily set the threshold value of the measurement result information, and can select display / non-display of the measurement result information by using the input unit 20 with the set threshold value as a boundary. It has become.
  • the threshold is set to 0.1 [m (mol / l) X mm], and the region where the amount of change in hemoglobin concentration is equal to or greater than the threshold 0.1 is colored as the activated portion 13 and the threshold is set.
  • the parts below are transparent (not shown).
  • a display method in which such a threshold value is set a method of coloring and displaying only parts below the threshold value, a method of displaying in different colors with the threshold value as a boundary, and the like are also possible.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing an example in which the opaque activation unit 12 is displayed on the monitor 9 in FIG. 1
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing an example in which the activation key unit 12 in FIG. 10 is displayed with a predetermined transparency.
  • the hollow tunnel portion 11 the portion where there is no change in the hemoglobin concentration
  • the transparency can be arbitrarily adjusted. As a method for displaying the hollow tunnel portion 11, it is possible to make the portion where the hemoglobin concentration has changed transparent, and the reverse display in which the portion 11 is colored without changing the hemoglobin concentration.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram showing a display state when the stereoscopic image of FIG. 4 is viewed downward from the upper front.
  • the stereoscopic image can be rotated in any direction, and can be viewed from the front lower part of the head or displayed from the left or right side of the head.
  • the stereoscopic image composing unit 82 sets the time zone area until the task start (tl) force task end (t2) to the time zone area before the task start and after the task end. Can be displayed in a different color.
  • the stereoscopic image constructing unit 82 can perform lighting on the stereoscopic image as shown in FIG. 4 and add a shadow to the active key unit 12.
  • the position, illumination direction, and brightness of the light source for lighting can be arbitrarily set by the input unit 20.
  • a plurality of arrows attached to the stereoscopic image in FIG. 10 indicate the moving direction of the blood activation site.
  • the stereoscopic image composing unit 82 can also add such an arrow (stream line).
  • the stereoscopic image construction unit 82 creates an arrow as shown in FIG. 10 by connecting the peak positions of the hemoglobin concentration at each time. The change in blood volume can be confirmed from the direction and length of the arrow.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram showing examples of three types of cross-sectional images extracted from the stereoscopic image cover of FIG.
  • (a) is a coronal section topography image that is a section perpendicular to the time axis
  • (b) is a sagittal section topography image that is a section parallel and perpendicular to the time axis
  • (c) is parallel and horizontal to the time axis.
  • the image analyzing unit 83 can display the reaction speed due to the word recall task on the monitor 9 by measuring the inclination of the stereoscopic image obtained from the stereoscopic image forming unit 82.
  • the image analysis unit 83 for example, the boundary between the colored portion and the transparent portion of the sagittal cross-sectional topography image (cross-sectional image) that is a cross-section parallel and perpendicular to the time axis shown in FIG. By differentiating the curve, the inclination of the sagittal cross-sectional topography image (cross-sectional image) is measured. Then, the image analysis unit 83 displays the tilt on the monitor 9. If the slope is steep, the reaction speed is fast. If the slope is gentle, the operator can recognize that the reaction speed is slow. Note that the sagittal section topography image is a force arrow (stream You can measure the tilt from the image along the line.
  • the display control unit 8 includes the body mark 10a as shown in FIG. 2, the group of graphs as shown in FIG. 3, the stereoscopic image as shown in FIG. 4, and as shown in FIG.
  • FIG. 12 is an explanatory diagram showing an example in which the graph group of FIG. 3, the stereoscopic image of FIG. 4, and the coronal section topography image of FIG.
  • the coronal cross-sectional topography image in Fig. 12 shows a two-dimensional topography image showing the hemoglobin concentration distribution at time tx specified by the operator.
  • the graph group constituent unit 84 displays the time bar 13 representing the time tx on each graph.
  • the stereoscopic image forming unit 82 displays the measurement time plane 14 as a time mark representing the time tx on the stereoscopic image. This facilitates examination while comparing graph groups, stereoscopic images, and cross-sectional images. Further, the display control unit 8 moves the measurement time plane 14 at a predetermined speed along the time axis direction, reads the position of the time bar 13 in each graph and the two-dimensional topography image from the image storage unit 81, It can be changed continuously corresponding to the position of the measurement time plane 14.
  • the time information is aligned with the two-dimensional tomography image indicating the spatial information (information in the measurement plane) and the three-dimensional display is performed. It can facilitate visual recognition of changes, thereby improving the efficiency of disease determination.
  • the temporal change in the hemoglobin concentration at all measurement positions can be easily recognized from the three-dimensional image (three-dimensional topography image).
  • the conventional apparatus has the power to select one or several characteristic two-dimensional topographic images, as shown in FIG. It was difficult to select and analyze such a graph group, so it was difficult to analyze and explain the temporal change in hemoglobin concentration.
  • the biological light measurement device of this embodiment it is possible to easily analyze and explain the temporal change in hemoglobin concentration by printing a stereoscopic image. it can.
  • the stereoscopic image shown in FIG. 10 is an example of an image obtained when a word recall task is performed on a healthy subject. It can be seen that the increase in oxygenated hemoglobin starts from the region, and then the increase in hemoglobin spreads to oxygenation also in the left and right temporal regions.
  • FIG. 13 is an explanatory diagram showing an example in which measurement result information of a schizophrenic subject is displayed as a stereoscopic image.
  • the left and right temporal region force oxygenated hemoglobin starts increasing with a delay from the start of the word recall task (tl), and after the completion of the word recall task (t2), the frontal region and the left and right temporal regions It can be confirmed that there is again an increase in oxygenated hemoglobin in the region.
  • FIG. 14 is an explanatory diagram showing an example in which measurement result information of a depression subject is displayed as a stereoscopic image.
  • the oxygenated hemoglobin starts to increase in the left and right temporal region forces with a delay from the start of the word recall task (tl), but after the completion of the word recall task (t2), the oxygenated hemoglobin concentration changes. It can be confirmed that there is not.
  • the image analysis unit 83 can display the reaction start time due to the word recall task by measuring the time (t3) when the increase in oxygenated hemoglobin starts. Specifically, the image analysis unit 83 measures the increase start time (t3) of oxygenated hemoglobin, and the increase start time (t3) force of oxygenated hemoglobin is also the time (t3) of the start time (tl) of the word recall task. -Tl) is calculated. Then, the image analysis unit 83 displays the above time on the monitor 9. The operator can recognize the reaction start time due to the word recall task from the above time.
  • the image analysis unit 83 determines that “the reaction is slow”, “schizophrenia subject”, “depression subject”, etc.
  • the analysis unit 83 may determine that “the reaction is fast” or “a healthy subject” if the above time is 0.3 seconds or less.
  • the reaction start time is useful as a disease determination index.
  • the image analysis unit 83 measures the volume of the stereoscopic image of the measurement result information. Volume measurement is mainly product Use minutes. The image analysis unit 83 can classify the types of “healthy subject” and “depressed subject” from the measured volume, for example. Furthermore, the image analysis unit 83 may classify the type by using the reaction start time and the volume of the stereoscopic image in combination.
  • the interpolation method is not particularly limited, and for example, linear interpolation or spline interpolation can be used.
  • a stereoscopic image is created by spline interpolation.
  • the number of channels at the measurement point is not particularly limited.
  • the measurement area may be the entire head.
  • the measurement area may be divided into a plurality of blocks, and the block to be displayed can be selected on the screen to display a stereoscopic image corresponding to that block!

Abstract

　生体光計測装置においては、被検体に光を照射する複数の光照射プローブと、上記被検体から戻る光を検出する複数の光検出プローブとを有し、上記被検体に装着される装着部と、上記光検出プローブでの検出光量を計測する計測部と、上記検出光量の計測結果から２次元トポグラフィ画像を構成する２次元画像構成部と、上記２次元トポグラフィ画像を表示するモニタとを備える生体光計測装置において、上記２次元トポグラフィ画像を計測位置に対応させるとともに計測時間順に重畳することによって立体画像を構成する立体画像構成部を備え、上記モニタは上記立体画像を表示する。

Description

明 細 書
生体光計測装置
技術分野
[0001] この発明は、光を用いて被検体の光学特性を計測する生体光計測装置に関するも のである。
背景技術
[0002] 従来の生体光計測装置では、検出光の強度信号が計測位置を表す二次元表示面 に等高線画像として表示される。等高線画像は、計測したヘモグロビン濃度の相対 変化量の時間積分値 (又は時間平均値)を計算し、各計測点間の値を線形補間する ことにより作成される（例えば、特許文献 1参照)。
[0003] 特許文献 1 :特開平 9 19408号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] しかし、上記のような従来の生体光計測装置では、計測時刻毎に等高線画像を作 成しているため、ある時刻におけるヘモグロビン濃度の変化量を空間的に認識するこ とはできるものの、ヘモグロビン濃度の変化量の時間的な振る舞 、を視覚的に認識 することが難し力つた。
[0005] この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、計測結果情 報の時間変化の視覚的な認識を容易にすることができる生体光計測装置を得ること を目的とする。
課題を解決するための手段
[0006] この発明に係る生体光計測装置は、被検体に光を照射する複数の光照射プローブ と、上記被検体力 戻る光を検出する複数の光検出プローブとを有し、上記被検体 に装着される装着部と、上記光検出プローブでの検出光量を計測する計測部と、上 記検出光量の計測結果力 2次元トポグラフィ画像を構成する 2次元画像構成部と、 上記 2次元トポグラフィ画像を表示するモニタとを備える生体光計測装置において、 上記 2次元トポグラフィ画像を計測位置に対応させるとともに計測時間順に重畳する ことによって立体画像を構成する立体画像構成部を備え、上記モニタは上記立体画 像を表示する。
図面の簡単な説明
[0007] [図 1]本発明の実施の形態 1による生体光計測装置の概略構成を示すブロック図で ある。
[図 2]図 1のモニタに表示されるボディマークの一例を示す説明図である。
[図 3]図 1の照射計測部による計測結果情報をグラフ表示する例を示す説明図である 圆 4]図 1の照射計測部による計測結果情報を立体画像として表示する例を示す説 明図である。
[図 5]図 1の表示制御部により作成される 2次元トポグラフィ画像の一例を示す説明図 である。
[図 6]図 5のような 2次元トポグラフィ画像を計測時間順に時間軸方向に重畳した状態 を示す説明図である。
[図 7]図 6の隣接する 2次元トポグラフィ画像間を補間した状態を示す説明図である。
[図 8]図 1のモニタに不透明な立体画像を表示した例を示す説明図である。
[図 9]図 8の立体画像を所定の透明度で表示した例を示す説明図である。
[図 10]図 4の立体画像を前頭上部力も下向きに見た表示状態を示す説明図である。
[図 11]図 4の立体画像カゝら抽出される 3種類の断面画像の例を示す説明図である。
[図 12]図 3のグラフ群、図 4の立体画像及び図 11の冠状断面トポグラフィ画像を組み 合わせて表示する例を示す説明図である。
[図 13]統合失調症被検者の計測結果情報を立体画像として表示した例を示す説明 図である。
[図 14]うつ病被検者の計測結果情報を立体画像として表示した例を示す説明図であ る。
[図 15]本発明の表示制御部の構成を示すブロック図である。
発明を実施するための最良の形態
[0008] 以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。 実施の形態 1.
図 1はこの発明の実施の形態 1による生体光計測装置の概略構成を示すブロック 図である。被検体に装着される装着部 1は、光照射プローブ群 2、光検出プローブ群 3、及びプローブ群 2, 3を保持するホルダ（図示せず）を有している。光照射プローブ 群 2は、被検体に光を照射する複数の光照射プローブを含んでいる。光検出プロ一 ブ群 3は、被検体力も戻る光を検出する複数の光検出プローブを含んでいる。光照 射プローブ及び光検出プローブは、ホルダ上にマトリクス状に配置されている。また、 光照射プローブ及び光検出プローブは、交互に配置されている。
[0009] 装着部 1は、複数本の照射用光ファイバを含む照射用光ファイバ群 4と複数本の検 出用光ファイバを含む検出用光ファイバ群 5とを介して計測装置本体 6に接続されて いる。計測装置本体 6は、照射計測部 7、表示制御部 8及びモニタ 9と、入力部 9を有 している。
[0010] 照射計測部 7は、可視力 赤外領域の波長の光を発生し光照射プローブ群 2に送 るとともに、各光検出プローブでの検出光量を計測する。また、照射計測部 7は、検 出光量の計測結果に対応する計測結果情報として、例えば血液中のヘモグロビン濃 度の変化量を求める。表示制御部 8は、照射計測部 7で求めた計測結果情報を画像 としてモニタ 9に表示する。入力部 9は、表示制御部 8に画像表示についての指令を 行う。表示制御部 8は、図 15に示されるように、 2次元画像構成部 80と、画像記憶部 (ROM, RAM及びハードディスク等） 81と、立体画像構成部 82と、画像解析部 83と 、グラフ群構成部 84と、制御部 85とから構成される。この制御部 85は、入力部 9に接 続され、入力部 9からの入力情報に基づいて表示制御部 8の各構成要素を制御する 。 2次元画像構成部 80は、照射計測部 7によって計測されたヘモグロビン濃度の変 化量と計測位置に基づいて、 2次元トポグラフィ画像を作成する。画像記憶部 81は、 2次元画像構成部 80で作成された 2次元トポグラフィ画像を計測時間順に記憶する 。立体画像構成部 82は、画像記憶部 81に記憶された 2次元トポグラフィ画像を計測 時間順に時間軸方向に重畳し、立体画像を構成する。そして、立体画像構成部は、 構成された立体画像をモニタ 9に表示させる。画像解析部 83は、時間などのパラメ一 タを立体画像の形状と分布などカゝら解析し、解析結果をモニタ 9に表示させる。 [0011] モニタ 9には、計測結果情報にカ卩えて、例えば図 2に示されるようなボディマーク 10 aが表示される。ボディマーク記憶部（図示しない。）は、計測位置 (計測点）の配置状 態を模式的に示す複数のボディマークを予め作成し記憶している。そして、操作者は 、ボディマーク記憶部に記憶されているボディマークのうちの 1つを入力部 20及び制 御部 85を介して選択し、選択したボディマークをモニタ 9に表示する。また、図 2のボ ディマーク 10aは、計測領域が前頭部である場合を示している。さらに、この例では、 計測位置は、チャンネル 1〜チャンネル 52の 52箇所である。
各計測位置は、光照射プローブと光検出プローブとの間に位置している。光照射 プローブから照射された光の一部は、計測位置で大脳皮質を透過し光検出プローブ に入射する。このとき、光検出プローブでの検出光量は、計測位置のヘモグロビン濃 度に応じて変化する。従って、検出光量の変化力 ヘモグロビン濃度の相対変化を 計測することができる。また、計測結果情報とともにボディマークをモニタ 9に表示す ることにより、計測結果と計測位置との概略の対応関係を把握することができる。
[0012] また、グラフ群構成部 84は、照射計測部 7から得られる検出光量の計測結果に対 応する計測結果情報に基づ!、て、各計測位置におけるヘモグロビン濃度 (計測値） の時間変化を示すグラフを計測位置に対応するように並べたグラフ群を構成する。そ して、グラフ群構成部 84は、図 3に示すように、このグラフ群をモニタ 9に表示させる。 図 3の例は、計測領域が前頭部の場合を示している。各グラフにおいて、横軸は時 間、縦軸はヘモグロビン濃度を示している。また、ヘモグロビン濃度としては、計測開 始時点からの相対的な変化量が示されている。さらに、各グラフにおける実線は酸素 化ヘモグロビン濃度を、破線は還元ヘモグロビン濃度を示している。この例では、計 測時に被検者に語想起課題が与えられており、語想起課題開始時刻 (tl)と語想起 課題終了時刻 (t2)とが各グラフに破線で示されている。
[0013] ここで、語想起課題とは、例えば「Suto T, Fukuda M, Ito M, Uehara T, Mikuni M ( 2004) Multi-channel near-infrared spectroscopy in depression and schizophrenia: co gnitive brain activation study. Biol Psycniatry 55: 501—511」に されている検査方 法の 1つであり、被検者に様々な単語を想起させ発声させる課題である。図 3を見ると 、酸素化ヘモグロビンは、多くのチャンネルにおいて、語想起課題の開始とともに増 加し、語想起課題の終了とともに減少している。
[0014] 次に、図 4は図 1の照射計測部 7による計測結果情報を立体画像として表示する例 を示す説明図である。立体画像は、計測領域に対応する長方形のヘモグロビン濃度 分布図を時間軸方向に重畳した直方体として表示される。また、この例では、酸素化 ヘモグロビン濃度の増減が色の濃淡で表現されて 、るとともに、予め設定した閾値未 満の変動は無視して透明としている。これにより、立体画像内には、酸素化へモグロ ビン濃度の変動の小さ!、透明部分と、酸素化ヘモグロビン濃度の変動が大き!、活性 化部 12とが含まれている。
[0015] 以下、表示制御部 8による立体画像の作成方法について説明する。なお、ここでは 計測領域が前頭部の場合にっ 、て説明するが、他の計測領域であっても作成方法 は同様である。図 5は図 15の 2次元画像構成部 80により作成される 2次元トポグラフ ィ画像 (等高線画像)の一例を示す説明図である。 2次元画像構成部 80は、照射計 測部 7から得たある時刻における計測結果情報について、隣接する計測位置間 (計 測チャンネル間）のデータを補間することにより、図 5に示すような 2次元トポグラフィ 画像を作成する。そして、画像記憶部 81に 2次元トポグラフィ画像を記憶する。なお、 画像記憶部 81から 2次元トポグラフィ画像をモニタ 9に出力して表示させることもでき る。
[0016] 図 5では、語想起課題開始から 10秒後の酸素化ヘモグロビン濃度の増減が色の濃 淡で表現されている。また、ヘモグロビンの増加と減少とを互いに異なる色 (例えば増 加は赤、減少は青)で示すこともできる。図 5中の濃い領域ではヘモグロビンが増加し ており、淡い領域ではヘモグロビンが減少していることが分かる。
[0017] 図 6は図 5のような画像記憶部 81に記憶された 2次元トポグラフィ画像を計測時間 順に時間軸方向に重畳した状態を示す説明図、図 7は図 6の隣接する 2次元トボグラ フィ画像間を補間した状態を示す説明図である。立体画像構成部 82は、例えば 0. 1 秒毎に 2次元トポグラフィ画像を画像記憶部 81から計測時間順に読み出し、 1秒に つき 10枚の 2次元トポグラフィ画像を重畳する。図 5〜図 7のような処理により、立体 画像構成部 82は立体画像をモニタ 9に出力し、モニタ 9は立体画像を表示する。この 2次元トポグラフィ画像の読み出し間隔は、入力部 20で任意に設定することができる 。入力部 20で設定された読み出し間隔情報は立体画像構成部 82に出力され、立体 画像構成部 82は入力された読み出し間隔情報に基づ ヽて 2次元トポグラフィ画像を 重畳する。例えば、構成された立体画像の体積を計測したい場合、立体画像構成部 82は 0. 02秒毎に 2次元トポグラフィ画像を読み出し、 1秒につき 50枚の 2次元トポグ ラフィ画像を重畳して立体画像を構成する。また、簡易的に立体画像を表示したい場 合、立体画像構成部 82は 0. 2秒毎に 2次元トポグラフィ画像を読み出し、 1秒につき 5枚の 2次元トポグラフィ画像を重畳して立体画像を構成する。
[0018] このように、立体画像構成部 82は、ヘモグロビン濃度の変化量を計測領域に対応 する面内に計測位置に対応するように表示した画像（2次元トポグラフィ画像)を、計 測時間順に時間軸方向に重畳することにより、立体画像（3次元トポグラフィ画像)を 作成しモニタ 9に表示させる。このとき、立体画像構成部 82は、計測位置及び計測時 間につ 、て互いに隣接する計測結果情報を補間しつつ立体画像を作成する。
[0019] また、立体画像構成部 82は、計測結果情報の閾値を任意に設定可能となっている とともに、設定された閾値を境界として計測結果情報の表示 ·非表示を入力部 20で 選択可能となっている。例えば、図 4では、閾値が 0. l [m (mol/l) X mm]に設定さ れ、ヘモグロビン濃度の変化量が閾値 0. 1以上の領域を活性化部 13として着色表 示し、閾値未満の部位は透明（非表示)としている。このような閾値を設定した表示方 法としては、閾値以下の部位のみを着色表示する方法や、閾値を境界として異なる 色で表示する方法等も可能である。
[0020] さらに、入力部 20で任意の透明度を入力することにより、立体画像構成部 82は、立 体画像内の活性ィ匕部 12を透明度で表示可能である。図 8は図 1のモニタ 9に不透明 な活性化部 12を表示した例を示す説明図、図 9は図 10の活性ィ匕部 12を所定の透 明度で表示した例を示す説明図である。図 9に示すような表示方法を選択すること〖こ より、活性ィ匕部 12内の空洞'トンネル部分 11 (ヘモグロビン濃度の変化が無い部分） を容易に視認することができる。透明度は、任意に調整可能である。また、空洞'トン ネル部分 11の表示方法としては、ヘモグロビン濃度が変化した部分を透明とし、へ モグロビン濃度の変化が無 、部分 11を着色する反転表示も可能である。
[0021] さらにまた、入力部 20で任意の角度を入力することにより、立体画像構成部 82は、 立体画像を入力された角度で表示可能である。例えば、図 10は図 4の立体画像を前 頭上部から下向きに見た表示状態を示す説明図である。立体画像の回転は任意の 方向に実施することができ、前頭下部から上向きに見た表示や、左右側頭部方向か ら見た表示等も可能である。
また、入力部 20で色情報を入力することにより、立体画像構成部 82は、課題開始（ tl)力 課題終了 (t2)までの時間帯領域を課題開始前及び課題終了後の時間帯領 域と異なる色で表示することができる。
さら〖こ、立体画像構成部 82は、図 4のような立体画像に対してライティングを行い、 活性ィ匕部 12に陰影を付加することが可能である。また、ライティングのための光源の 位置、照射方向及び明るさは、入力部 20で任意に設定可能である。
[0022] 図 10の立体画像に付された複数の矢印は、血液の賦活部位の移動方向を示して いる。立体画像構成部 82は、このような矢印 (ストリームライン）を付すことも可能であ る。立体画像構成部 82は、各時刻のヘモグロビン濃度のピーク位置を繋ぐことにより 、図 10中に示されるような矢印を作成する。矢印の方向及び長さから血液量変化の 推移を確認することができる。
[0023] また、立体画像構成部 82は、立体画像の任意の断面画像を作成し (切り出し)表示 することができる。図 11は図 4の立体画像カゝら抽出される 3種類の断面画像の例を示 す説明図である。例えば、（a)は時間軸に直交する断面である冠状断面トポグラフィ 画像、（b)は時間軸に平行かつ鉛直な断面である矢状断面トポグラフィ画像、（c)は 時間軸に平行かつ水平な断面である横断面トポグラフィ画像を示して 、る。画像解 析部 83は、立体画像構成部 82から得られる立体画像の傾きを計測することにより、 語想起課題に起因する反応速度をモニタ 9に表示させることができる。具体的には、 画像解析部 83は、例えば、図 11 (b)に示される時間軸に平行かつ鉛直な断面であ る矢状断面トポグラフィ画像 (断面画像)の着色部と透明部の境界の曲線を微分する ことにより、矢状断面トポグラフィ画像 (断面画像)の傾きを計測する。そして、画像解 析部 83は、上記傾きをモニタ 9に表示させる。上記傾きが急であれば反応速度が速 ぐ上記傾きが緩やかであれば反応速度が遅いことを、操作者は認識することができ る。なお、矢状断面トポグラフィ画像は、時間軸に平行な画像である力 矢印 (ストリー ムライン）に沿った画像から傾きを計測してもよ 、。
[0024] さらに、表示制御部 8は、図 2に示したようなボディマーク 10a、図 3に示したようなグ ラフ群、図 4に示したような立体画像、及び図 11に示したような断面画像を適宜組み 合わせて表示可能である。例えば、図 12は図 3のグラフ群、図 4の立体画像及び図 1 1の冠状断面トポグラフィ画像を組み合わせて表示する例を示す説明図である。図 1 2における冠状断面トポグラフィ画像は、操作者が指定した時刻 txにおけるへモグロ ビン濃度分布を示す 2次元トポグラフィ画像を示している。例えば、グラフ群構成部 8 4は、時刻 txを表すタイムバー 13を各グラフに表示させる。また、立体画像構成部 82 は、時刻 txを表す時刻マークとしての計測時刻面 14を立体画像に表示させる。これ により、グラフ群、立体画像及び断面画像を比較しながらの検討が容易になる。 また、表示制御部 8は、計測時刻面 14を所定の速度で時間軸方向に沿って移動さ せるとともに、各グラフ内のタイムバー 13の位置や 2次元トポグラフィ画像を画像記憶 部 81から読み出し、計測時刻面 14の位置に対応して連続して変化させることができ る。
[0025] このような生体光計測装置では、空間情報 (計測面内の情報)を示す 2次元トボグラ フィ画像に時間情報を合わせ、立体的な表示を行うようにしたので、計測結果情報の 時間変化の視覚的な認識を容易にすることができ、これにより疾患判定の効率を向 上させることちでさる。
ヘモグロビン濃度の変化量の時間的な振る舞 、を確認するためには、 2次元トポグ ラフィ画像を時間変化させた動画を繰り返し見たり、図 12に示すようなグラフ群からィ メージしたりする必要があつたが、この実施の形態の生体光計測装置によれば、立体 画像（3次元トポグラフィ画像）により、全計測位置におけるヘモグロビン濃度の時間 的な変化を容易に認識することができる。
また、計測結果を印刷して分析したり被検者に説明したりする場合、従来の装置で は、 1枚又は数枚の特徴的な 2次元トポグラフィ画像を選択する力、又は図 12に示す ようなグラフ群を選択するし力ないので、ヘモグロビン濃度の時間変化の分析や説明 が難し力つた。これに対して、この実施の形態の生体光計測装置では、立体画像を 印刷することにより、ヘモグロビン濃度の時間変化の分析や説明を容易に行うことが できる。
[0026] ここで、図 10に示した立体画像は、健常被検者に対して語想起課題を実施した場 合に得られる画像の一例であり、語想起課題の開始 (tl)とともに前頭下部領域から 酸素化ヘモグロビンの増加が始まり、その後、左右側頭部領域にも酸素化へモグロ ビン増加が広がって行く様子が認識できる。
[0027] これに対して、図 13は統合失調症被検者の計測結果情報を立体画像として表示し た例を示す説明図である。この例では、語想起課題の開始 (tl)から遅れを伴って左 右側頭部領域力 酸素化ヘモグロビンの増加が始まり、語想起課題の終了後 (t2) に前頭部領域及び左右側頭部領域において再度酸素化ヘモグロビンの増加がある ことが確認できる。
[0028] また、図 14はうつ病被検者の計測結果情報を立体画像として表示した例を示す説 明図である。この例では、語想起課題の開始 (tl)から遅れを伴って左右側頭部領域 力も酸素化ヘモグロビンの増加が始まるが、語想起課題の終了後 (t2)には酸素化 ヘモグロビン濃度の変化が無いことが確認できる。
[0029] このように、計測結果情報の立体画像には、疾患毎に健常者とで明確に異なる特 徴が現れる。このとき、画像解析部 83は、酸素化ヘモグロビンの増加が始まる時刻（t 3)を計測することにより、語想起課題に起因する反応開始時間を表示させることがで きる。具体的には、画像解析部 83は、酸素化ヘモグロビンの増加開始時刻（t3)を計 測し、酸素化ヘモグロビンの増加開始時刻 (t3)力も語想起課題の開始時刻 (tl)の 時間（t3—tl)を演算する。そして、画像解析部 83は、上記時間をモニタ 9に表示さ せる。操作者は、上記時間から語想起課題に起因する反応開始時間を認識すること ができる。また、画像解析部 83は、例えば上記時間が 0. 3秒以上であったら「反応が 遅 ヽ」又は「統合失調症被検者」又は「うつ病被検者」などと判定したり、画像解析部 83は、上記時間が 0. 3秒以下であったら「反応が早い」又は「健常被検者」などと判 定したりしてもよい。このように、反応開始時間は、疾患判定指標として有用である。
[0030] 図 10と図 14の立体画像力もでも明らかであるように、健常被検者の立体画像の体 積は、うつ病被検者の立体画像の体積よりも大きいことが一般に知られている。画像 解析部 83は、計測結果情報の立体画像の体積を計測する。体積の計測は、主に積 分などを用いる。画像解析部 83は、計測した体積から、例えば、「健常被検者」と「う つ病被検者」のタイプを分類することができる。さらに、画像解析部 83は、反応開始 時間と立体画像の体積を複合的に用いてタイプを分類してもよい。
なお、補間の方法は特に限定されるものではなぐ例えば線形補間又はスプライン 補間等を用いることができる。実施の形態 1では、スプライン補間により立体画像を作 成している。
また、計測点のチャンネル数は特に限定されるものではな 、。
さらに、計測領域は頭部全体であってもよい。この場合、計測領域を複数のブロック に分割し、表示させたいブロックを画面上で選択することにより、そのブロックに対応 した立体画像を表示させるようにしてもよ!、。

Claims

請求の範囲
[1] 被検体に光を照射する複数の光照射プローブと、上記被検体から戻る光を検出す る複数の光検出プローブとを有し、上記被検体に装着される装着部と、上記光検出 プローブでの検出光量を計測する計測部と、上記検出光量の計測結果から 2次元ト ポグラフィ画像を構成する 2次元画像構成部と、上記 2次元トポグラフィ画像を表示す るモニタとを備える生体光計測装置において、
上記 2次元トポグラフィ画像を計測位置に対応させるとともに計測時間順に重畳す ることによって立体画像を構成する立体画像構成部を備え、上記モニタは上記立体 画像を表示することを特徴とする生体光計測装置。
[2] 上記 2次元トポグラフィ画像を記憶する記憶部を備え、上記立体画像構成部は上 記記憶部に記憶された上記 2次元トポグラフィ画像を重畳することによって上記立体 画像を構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。
[3] 上記立体画像構成部は、上記計測位置及び計測時間につ 、て互いに隣接する計 測結果情報を補間しつつ上記立体画像を作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。
[4] 上記立体画像構成部は、上記計測結果情報の閾値を設定可能となっているととも に、設定された閾値を境界として上記計測結果情報の表示 ·非表示を選択可能とな つていることを特徴とする請求項 1乃至請求項 3のいずれ力 1項に記載の生体光計測 装置。
[5] 上記立体画像構成部は、上記計測結果としてのヘモグロビン濃度の変化量が閾値 以上である部位を活性ィ匕部として立体画像内に着色表示し、ヘモグロビン濃度の変 化量が閾値未満の部位は透明とすることを特徴とする請求項 4記載の生体光計測装 置。
[6] 上記立体画像構成部は、上記活性ィ匕部を所定の透明度で表示可能であることを 特徴とする請求項 5記載の生体光計測装置。
[7] 上記立体画像構成部は、各時刻のヘモグロビン濃度のピーク位置を繋ぐ矢印を立 体画像内に表示させることを特徴とする請求項 4に記載の生体光計測装置。
[8] 各計測位置における計測値の時間変化を示すグラフを構成するグラフ群構成部を 備え、上記計測位置に対応するように並べたグラフ群を上記立体画像とともに上記モ ニタに表示させることを特徴とする請求項 1に記載の生体光計測装置。
[9] 上記記憶部力 上記 2次元トポグラフィ画像を読み出し、上記立体画像とともに上 記モニタに表示させることを特徴とする請求項 2に記載の生体光計測装置。
[10] 上記立体画像構成部は、上記 2次元トポグラフィ画像に対応する時刻を表す時刻 マークを上記立体画像に付加して上記モニタに表示させることを特徴とする請求項 2 記載の生体光計測装置。
[11] 上記立体画像構成部は、上記時刻マークを所定の速度で時間軸方向に沿って移 動させるとともに、上記 2次元トポグラフィ画像の内容を上記時刻マークの位置に対 応して連続して変化させることを特徴とする請求項 9記載の生体光計測装置。
[12] 上記立体画像構成部は、任意の角度の上記立体画像を上記モニタに表示させるこ とを特徴とする請求項 1記載の生体光計測装置。
[13] 上記立体画像構成部は、課題開始から課題終了までの時間帯の上記立体画像を 上記課題開始前及び上記課題終了後の時間帯領域の上記立体画像の色と異なる 色で上記モニタに表示させることを特徴とする請求項 1記載の生体光計測装置。
[14] 上記立体画像構成部は、上記立体画像の活性ィ匕部に陰影を付加して上記モニタ に表示させることを特徴とする請求項 1記載の生体光計測装置。
[15] 上記立体画像構成部は、上記立体画像の任意の断面画像を作成し、上記断面画 像を上記モニタに表示させることを特徴とする請求項 1記載の生体光計測装置。
[16] 上記立体画像力 酸素化ヘモグロビンの増加が始まる時間を計測する画像解析部 を備え、その時間を上記モニタに表示させることを特徴とする請求項 1記載の生体光 計測装置。
[17] 上記画像解析部は、上記立体画像の傾きを計測することを特徴とする請求項 16記 載の生体光計測装置。
[18] 上記画像解析部は、上記立体画像の体積を計測することを特徴とする請求項 16記 載の生体光計測装置。
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