專利名稱：活體測量用探頭及使用該探頭的活體光測量裝置及腦功能測量裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及測量活體內部生理變化的活體測量技術。
背景技術：
迄今為止，測量嬰幼兒腦功能的方法可舉出對聲音刺激產生反應而測量由腦干部分產生的腦電波的方法。但是，這種方法能夠測量的主要是腦干部分的反應，難以測量大腦皮質所擔任的高級功能。
另一方面，提出了采用光的方法來測量大腦皮質活動的方法。在采用了光的活體測量中，使用從可見光到近紅外光來對活體功能進行測量的裝置已在例如，日本特開昭57-115232號公報，或者日本特開昭63-275323號公報所公開。并且，有關應用該測量原理、進行腦功能的圖像測量的技術的方案(光局部解剖學)已在日本特開平9-98972號公報公開。
這些使用以光纖等為代表的光波導裝置，對照射在活體上的光在離開數毫米至數厘米的位置散射在活體內部的光(以下簡稱活體散射光)進行聚光測量。根據被測量的活體散射光的強度，求出以氧化血紅蛋白及脫氧化血紅蛋白等為代表的活體內部的光吸收物質濃度或者相當于濃度的值。在求出光吸收物質濃度或者相當于濃度的值之際，采用與照射的光的波長對應的、作為目標的光吸收物質的光吸收特性。一般，在測量活體內部深處時，使用對活體透過性高的、波長在650nm至1300nm范圍內的光。
使用這種光的方法，一般用于人類，特別是成年人的活體測量。
使用這種光的方法，從安全方面考慮也可以測量嬰幼兒，有測量嬰幼兒的高級腦功能的可能性。
但是，迄今為止，還難以同時對伴隨著嬰幼兒的腦干部分及大腦皮質的活動的高級功能進行測量。假如解決這個課題的話，就有可能早期發現嬰幼兒期從低級至高級的功能障礙。從低級至高級的功能障礙(例如，聽不見聲音、語言障礙、視覺障礙等)多數是在2至3歲學說話時發現的。像這種情況，學說話能力比通常的情況滯后，要使其恢復需要極大的努力。
因而，能夠在早期測量主要腦功能障礙(視覺、聽覺、語言功能等)的技術方法或者裝置的開發有很大的社會需求。
為此，必須解決以下所述的2個重大的技術課題(1)及(2)。
(1)用于活體光測量的光纖的固定方法。
活體光測量中具有照射光的裝置(以下簡稱光照射裝置)與聚集通過活體的光的裝置(以下簡稱聚光裝置)。作為這種光照射裝置與聚光裝置，多數使用的是以光纖或者光纖束為代表的光波導。另外，1組光照射用及聚光用的光波導為表示1個測量位置的最小單位(以下簡稱光照射聚光對)。
日本特開平9-98872號公報中提出了設定數個這種最小單位來進行活體的圖像測量的裝置。這里，光照射聚光對的照射位置與聚光位置間的距離(以下簡稱光照射聚光對間距)隨著作為測量對象區域的寬度或深度而變化。因此，在日本特開平9-98972號公報的方案中公開了把光照射用的光波導與聚光用的光波導交互配置在正方格子的頂點上的配置方式以使各光照射聚光對間距為等距離。采用這種配置方式的話，由于是1個光波導被數個光照射聚光對共有的方式，以少的光波導就可以測量圖像。因此，能夠在短時間內把光波導佩戴在活體上。
然而，該配置方式雖然容易用于活體的可與平面近似的那種程度的活體的狹小范圍(例如，在頭部的情況下為15cm左右見方)，但難以用于曲率大的范圍。特別是，新生兒·嬰幼兒的頭部形狀等具有大的曲率，不同的人差別也大。另外，在對新生兒·嬰幼兒等進行測量時，由于被檢查者不可能安靜的等待，就會產生必須抑制因晃動而導致的探頭的偏移等之類對于大人來說不可想象的問題。
特別是測量新生兒·嬰幼兒的腦功能的裝置，迄今為止僅限定于腦電波儀。但是，腦電波儀空間分辨能力不太高，分離腦中心部位的腦干部分·腦表面的大腦皮質的信息有困難。另一方面，基于光測量的腦功能測量方法，由于能夠無損測量人類與特別發達的高級腦功能有很大關聯的大腦皮質，因而被期待成為認知高級功能的發展過程上非常有效的方法。但是，雖然原理上有效已廣為所知，然而迄今為止尚未開發固定照射光及聚光的光波導的活體測量用探頭。
為了構成實用的用于新生兒·嬰幼兒的活體測量用探頭，有以下幾點要求。列舉如下a)柔軟性所使用的活體測量用探頭必須能夠柔軟地適合于具有曲率的活體表面。
b)入射檢測用光波導間距保持能力所使用的活體測量用探頭，針對具有個人差別的形狀，入射檢測用光波導間距(準確地說是光照射檢測用光波導前端間的路程，為了方便稱之為入射檢測間距)在容許范圍以上沒有變化。下面與上述a)一起確保可撓性。
c)體動追隨性所使用的活體測量用探頭，即使伴有某種程度的晃動也不會偏移。
d)密合性視認度所使用的活體測量用探頭，必須控制在認視性高且容易密合的狀態以能夠確認光波導與活體表面之間的密合性，。
e)舒適性對于新生兒和嬰幼兒等對環境變化的適應能力低的被檢查者，從溫度變化的觀點來看，不能完全蓋住頭部等。
f)壓力分散性對于新生兒和嬰幼兒等頭部纖弱的被檢查者，不能在某一點施加高的壓力。
g)形狀保持性為了減輕被檢查者的不適，由于需要在短時間內佩戴探頭，這就需要能夠很容易地改變形狀而且必須保持基本的形狀。
h)佩戴性與上述g)同樣的原因，需要很容易地固定探頭的裝置。
i)固定裝置的形狀·大小適應性固定裝置必須能夠適應被檢查者的頭部形狀。
j)固定裝置的加壓性固定裝置必須能夠施加適當的壓力。
k)必須求出適合嬰幼兒的腦功能測量的光照射-聚光照射間距。
(2)嬰幼兒的腦功能檢查裝置為了在整個頭部測量嬰幼兒的腦功能，需要能夠測量光及腦電波的檢查裝置。下面列舉與此相關的具體問題a)設計成能夠在整個頭部范圍內配置光纖和腦電波電極的檢查用床是必不可少的。特別是通常的床難以在與視覺功能密切相關的后腦部固定檢測用探頭，這是應解決的課題。
b)刺激(視覺和聽覺)提示裝置必須配置在安全而有效的位置。
發明內容
本發明鑒于上述各點，提供一種對于具有很大曲率的生體表面可以簡便佩戴的活體測量用探頭，另外，提供采用該探頭對至今測量有困難的新生兒和嬰幼兒等可以測量其伴隨著頭部的活動的生理變化的活體測量技術。
為了實現上述目的，本發明中針對上述技術課題(1)及(2)解決裝置如下所示。
首先，對于(1)，本發明中，把連接入射用光波導及聚光用光波導前端的光波導固定部分的連接部及接觸活體的接觸面，由具有柔軟性且摩擦系數高的部件一體成型而成。另外，固定光波導的波導支承部由上述部件連接。
另外，在上述部件內部埋設柔軟的薄膜部件，使其同時具有柔軟性及非伸縮性(確保可撓性)。再有，由實驗求出腦功能信號靈敏度變高的照射-聚光位置間的最佳距離。
再有，為了實現同時測量活體光測量和以腦電波為代表的活體電測量，把活體光測量的波導及活體電測量的電極和電線組裝成固定器具。
其次，對于(2)，本發明中，被檢測體給與聲音·視覺·語言刺激，采用用光的測量方法和測量腦電波的方法，同時測量從嬰幼兒等的腦部深處(腦干部分)至腦表面(大腦皮質)是否有無腦功能障礙。
在此之際，敞開檢查用床的后頭部，做成在頸部及后頭部的下部支起頭部的結構。另外視聽覺的刺激裝置配置在檢查空間的安全位置。然而，實際上，以大小不同的相同結構也可以測量成人的腦功能。
下面，就本發明列舉出其代表性的構成例。
首先，本發明的活體測量用探頭，具有在被檢測體上通過第1光波導把光照射到被檢測體上的光照射裝置；和把由上述光照射裝置照射的、在被檢測體內部傳播的光通過第2光波導聚光的聚光裝置；其特征在于，具有分別被上述第1光波導及上述第2光波導所嵌入的通路，分別固定上述第1光波導及上述第2光波導的第1及第2導向部件，和把上述第1及上述第2導向部件連接起來并保持，形成與上述被檢測體接觸部分的基座部件。進而，在上述結構中，以柔軟性和活體適應性高的材料構成上述基座部件，另外，把上述第1及上述第2導向部件內的上述第1光波導及上述第2光波導設置成分別沿軸向可動的伸縮部件。
另外，本發明在上述結構中，上述光照射裝置包括光照射用光源、和控制向上述光源注入電流的光源調整電路，上述聚光裝置包括光檢測器、和對由上述光檢測器獲得的檢測信號進行處理的檢測信號電路。
另外，本發明在上述結構中，在上述基座部件內設置上述第1光波導及上述第2光波導的同時、設置腦電波測量用的電極，其結構可同時進行光測量及腦電波測量。
再有，本發明提供一種活體測量裝置，該裝置使用具有通過光波導將光照射到被檢測體上的光照射裝置和將由上述光照射裝置所照射的、在被檢測體內部傳播的光通過光波導聚光的聚光裝置的活體測量用探頭，對被檢測體內部的生理變化進行檢測；其特征在于，上述探頭具有分別被插入上述光照射用的光波導及上述聚光用的光波導的通路，用于分別固定上述各光波導的第1及第2導向部件；將上述第1及第2導向部件之間連接起來并予保持，形成與上述被檢測體接觸的部分的基座部件；和在上述第1及上述第2導向部件內具有使上述第1光波導及上述第2光波導分別沿軸向可動的伸縮部件。
再有，本發明提供一種腦功能測量裝置，其特征在于，具有使用具有通過光波導將光照射到被檢測體上的光照射裝置和將由上述光照射裝置所照射的、在被檢測體內部傳播的光通過光波導聚光的聚光裝置的活體測量用探頭，測量被檢測體內部的生理變化的活體光檢測裝置；電測量腦電波的腦電波測量裝置；具有對被檢測體施加有關聲音、語音、語言、圖像的數據并進行控制的刺激控制裝置；和具有再生有關上述聲音、語音、語言、圖像的數據并對被檢測體進行提示的提示裝置，將從上述刺激控制裝置送出的上述聲音、語言、語言、圖像中至少一種通過上述提示裝置對被檢測體進行提示的同時測量被檢測體的腦功能活動信號。
圖1是說明把本發明的活體測量用探頭佩戴在被檢測體上的佩戴例子圖。
圖2是說明本發明的活體測量用探頭的一個實施例的基本結構圖。
圖3是表示圖2所示的光波導固定部的變型模式圖。
圖4是說明基于本發明的腦功能測量裝置的一個實施例圖。
圖5是說明基于本發明的腦功能測量裝置的被檢查者固定器具的一個構成例圖。
圖6是從斜上方所見到的圖5所示的被檢查者固定器具圖。
圖7(a)是使用圖4及圖5中所示的裝置測量得到的新生兒對純音的腦干腦電波的變化，圖7(b)及圖7(c)是表示其腦內血液循環的動態變化圖。
圖8是表示改變本發明的活體測量探頭的照射-聚光波導間的間隔時，大腦活動時的腦內血紅蛋白(Hb)濃度隨時間的變化圖。
圖9是說明本發明的活體測量用探頭的其它構成例圖。
圖10是說明用于同時實現本發明的光測量及腦電波測量的活體測量用探頭的一個構成例圖。
具體實施例方式
下面，參照附圖對本發明的實施例進行說明。
首先，用圖1來說明把基于本發明的活體測量用探頭的光波導固定部佩戴到被檢測體(此處為頭部)上的佩戴例子。
圖1所示的光波導固定部1-1及1-2由光波導固定部保持部1-3及1-4保持。光波導固定部保持部1-3及1-4由伸縮性帶或者繩1-3-1、1-3-2、1-3-3、1-4-1、1-4-2、及1-4-3所構成，在各光波導固定部保持部1-3及1-4的兩端連結著各伸縮性帶或者繩。
上述各伸縮性帶或者繩，為了使其重量輕，并有利于能夠易于確認光波導的接觸狀態，以盡可能細者為好。雖然本發明中使用的是有伸縮性的布，但只要具有同樣功能也可以使用不同材質。
光波導固定部保持部連結部1-5及1-6目的是把光波導固定部保持部1-3及1-4連結起來。光波導固定部保持部連結部1-5及1-6，由下面的理由決定其形狀及功能。
第1，由于測量對象是活體，所以其大小因人而異。為了用于不同人體，連結的距離就必須能夠變更。本發明中，把摘戴自如的布帶安裝在光波導固定部保持部1-3及1-4的兩端及光波導固定部保持部連結部1-5及1-6的兩端，則可與頭部周長度相應答調整其距離。
第2，由于光波導固定部保持部連結部1-5及1-6直接與被檢查者的皮膚接觸，所以必須考慮其寬度及被檢查者接觸面。為了避免對被檢查者皮膚壓力的集中，構成光波導固定部保持部1-3及1-4的伸縮性帶或者繩的樣式，并非越細越好，必須具有一定的寬度。其寬度最好在1cm至4cm之間。另外，光波導固定部保持部連結部1-5及1-6與被檢查者的接觸面，最好用柔軟而且摩擦系數高的(不光滑)材料。作為這種材料，可舉出聚硅酮橡膠和海綿、橡膠及其他有機材料。當然，只要具有同等功能，其他材料也可以。
光波導固定部1-1及1-2小時，采用上述說明的構成要素可以摘戴。但是，在光波導固定部1-1及1-2大時，必須使用下面說明的輔助保持部，以對各光波導給與均勻的壓力。
在本發明中，安裝有輔助保持部1-7-1-a～1-7-5-a及1-7-1-b～1-7-5-b。在各輔助保持部1-7-1-a～1-7-5-a及1-7-1-b～1-7-5-b的前端安裝著摘戴自如的布帶，例如，將輔助保持部1-7-1-a與輔助保護部1-7-1-b根據被檢查者頭部的形狀調整其長度而連接起來。其他的輔助保持部也同樣，調整a-b間的長度而連接起來。各輔助保持部1-7-1-a～1-7-5-a及1-7-1-b～1-7-5-b的材料，使用盡可能細的伸縮性帶或者繩。
在光波導1-8的樣式里，光波導插入全部的光波導導向中。佩帶的順序為A→B→C，就能夠簡便地佩帶。
該光波導固定保持部具有以下的特征1) 能夠簡便且麻利地配戴。
2) 能夠適應各種各樣的被檢查者測量部位的形狀及大小。
3) 對被檢查者的皮膚能夠施加均勻且適當的壓力。
根據測量部位，光波導固定保持部的形狀雖可變為各種各樣，但構成上述光波導固定保持部的要點如下1)分成數個，在佩帶時連結在一起。(測量整個腦部之際，頭側部2面、頭前部1面、頭后部1面，總計由4面測量)。
2)做成在連結部分上咳進行長度調整。
3)使用伸縮性帶或者繩。
為了實現上述1)及2)，使用例如佩帶自如的布帶，為了實現3)，使用伸縮性布和橡膠等。
圖2表示用于圖1所示的佩帶例的本發明的活體測量用探頭的一個實施例的光波導固定部。由于其基本上由相同的模式重復構成，圖2所示的是固定光波導為3×3共9個時的光波導固定部的例子。上圖僅表示了光波導固定部，下圖所示的A-A’斷面表示佩帶著光波導2-5及頭蓋2-4的圖。
光波導2-5在以彈簧和海綿為代表的伸縮部件2-6上沿垂直方向(圖中沿光波導導向2-1的軸向)可以移動。這里，伸縮部件2-6被夾在頭蓋2-4及連結著光波導2-5的伸縮部件止動部2-7之間。
光波導固定部基本上由光波導導向2-1、用于連結及保持光波導導向的基座2-2、薄膜或者線材2-3構成。光波導導向2-1，由以塑料等為代表的固體材料構成。用于連結及保持光波導導向的基座2-2，由以硅等為代表的柔軟且與人體適應性高的材料構成。薄膜或者線材2-3由以PET薄膜為代表的塑料材料構成。連結及保持光波導導向用的基座2-2用模具制作成一定形狀，由于硬化需要時間，通過在硬化過程中配置光波導導向部件2-1，則將用于連結及保持光波導導向的基座2-2和光波導導向部件2-1固定起來。另外，薄膜或者線材2-3也在用于連結及保持光波導導向的臺座2-2的硬化過程中埋設或者與表面連接。
因此，光波導固定部一體成型，兼有柔軟性、非伸縮性、活體適合性。另外，2-1至2-5的全部材料，為了抑制眩光的影響，最好是黑色或者添加了吸收照射光和可見光的色素。
另外，雖然在圖2中光波導2-5與被檢測體接觸的端面被畫成與基座2-2與被檢測體的接觸面同樣的水平位置上，然而通過使基座2-2的硬度與伸縮部件2-6的伸縮性保持均衡，就能夠調節到不會讓被檢測體感到不舒適的位置。
光波導2-5分別與活體光測量裝置2-8內部的光源2-9及檢測器2-10連接。該例中，雖然只記載光源有2個、檢測器有1個，但在本實施例中，由于縱橫交替配置光照射位置與聚光位置，有4個光源、5個檢測器。另外，將光照射位置與聚光位置反過來時，就有5個光源、5個檢測器。另外，光照射及聚光的位置，作為基本的構成例，雖設定為3×3，但也容易擴展到4×4或3×5的模式、或者通過消除不必要的部分也很容易縮小。
圖9中表示的是本發明的活體測量用探頭的其它構成例，表示在上述的實施例所示的光波導固定部中包括光照射所需要的光源2-9與控制注入電流的光源調整電路2-11、及光檢測所需要的檢測器2-10與放大檢測信號并進行電流電壓變換等的檢測信號電路2-12時的構成例。
根據光源2-9及檢測器2-10的結構，通過兼做頭蓋2-4，能夠減少零部件的數目。
光源調整電路2-11與活體光測量裝置2-8連接，通過信號·電源線2-13進行注入電流及控制信號等的所需信息的相互通信。另外，檢測信號電路2-12與活體光測量裝置2-8連接，通過信號·電源線2-13進行檢測信號和放大率的設定等所需信息的相互通信。這里，光源調整電路2-11與檢測信號電路2-12及活體光測量裝置2-8中裝有通信裝置，除去電源線等所需線以外而實現無線化。
光波導2-5與光源2-9及檢測器2-10接合在一起，為了減弱可見光等在測量波長中成為噪音的光，根據需要把濾光器夾在結合部。
這樣，該結構應用于頭部時，通過將光源檢測器直接配置在活體上，由于光波導有不受發干擾的作用，效果很好。
在圖2、圖3(后述)、圖9所示的那樣的基座部件上，為使熱量流通，孔穴做成空的，其中可以埋入活體電測量(腦電波等)用的電極等。但是，考慮到佩戴性，最好活體測量用的光波導與活體電測量用的電極和電線一體化。在一體化時，若兩者總稱為能量傳送部件的話，在圖9的例子中，也包含信號及電源用配線。
圖10是表示用于同時實現本發明的光測量及腦電波測量的活體測量用探頭的一個構成例(只表示圖2的一部分)。
在光波導2-5上設置腦電波用的電極2-14，在該電極2-14的中心部位，為了使光波導2-5的端面與被檢測體面相接觸而把孔穴做成空的。從腦電波用電極至活體電測量裝置的電線2-15沿連結在活體光測量裝置的光波導2-5布線。另外，以電線電路構成基座2-2內部的薄膜或者線材2-3時，由基座2-2內部的電線或者電路2-16傳送來自電極2-14的信號。有多個電極2-14時，電線或者電路2-16變為電線束，通過從基座2-2露出的外部電線束2-17連接到外部的活體電測量裝置上。
進而，作為變型，不把電極2-14設置在光波導2-5上，而設置在與基座2-2的被檢測體及被檢查者相接觸的低面。
該光波導固定部的特征，列舉如下1)由于連結的部件由非常柔軟的材料構成，能夠適應任何形狀。
2)由于連結在光波導前端部，在被檢測體接觸部，光波導間的距離(實際路程)沒有變化。這樣，在各測量部光的浸潤度是固定的，有助于空間均勻信號的取得。如圖2所示，各光波導的中心之間的距離以30mm制作的話，即使與任何形狀的局部表面接觸時，光波導之間的前端部的間距也保持在30mm。
3)由于連結部件有適度的摩擦系數，所以即使發生身體晃動時也不會有偏移。
4)在連結部件用不著的部分設有空的孔穴，用于確認光波導的密合性的可視性高。
5)在連結部件用不著的部分沒有多余的材料，被檢查者的皮膚可以通氣而未被捂住，舒適性好。
6)對被檢查者皮膚表面，不只對光波導前端部施加壓力，能夠在大的范圍施加壓力，而且由于把壓力分別施加在軟墊上，所以給與被檢查者的痛苦極小。
圖8表示使用圖10所示的活體測量用探頭測量到的結果，表示的是改變照射-聚光光波導間的間隔時腦活動時的腦內血紅蛋白(Hb)濃度隨時間的變化。縱軸表示Hb的濃度變化、橫軸表示時間。另外，圖中，點劃線表示得到氧的氧化Hb(oxy-Hb)的濃度變化、虛線表示氧離開的脫氧化Hb(deoxy-Hb)的濃度變化、實線表示與作為oxy-Hb濃度變化與deoxy-Hb濃度變化的總和的總Hb(total-Hb)濃度變化相當的值。
圖8中(a)、(b)是同時測量的。嬰幼兒被檢查者在刺激期間聽到錄在錄音帶上的本國語的話。由該結果可知，比起(a)所示的20mm的照射-聚光光波導間隔，(b)所示的30mm的照射-聚光光波導間隔信號更大。由此可知，最好設定照射-聚光光波導間隔(即方格的一邊為30mm以上)在30mm以上。
圖3表示圖2所示的光波導固定部的變化模式。圖2所示的正方格形狀的模式能夠用于在沒有特別障礙的活體表面。但是在頭側部等有耳朵等障礙物時將不能配置。在那種場合必須變成避開障礙物的形狀。圖3所示的模式克配置成，第2列偏移到上方(該場合是1cm)，在這種偏移下可露出耳朵。在進行這種變化之際，為了使全部的照射-聚光位置間的間隔保持一定，基本的格子形狀克以為菱形(包含正方形)。由于基本結構與圖2相同所以省略其說明。另外，下圖表示上圖的A-C斷面圖。
本發明的特征，一般說來都是有利的，并非只限定于嬰幼兒等的測量，只要保持構成要素，通過變更大小和光波導的配置，不管是大人頭部的測量還是頭部以外的肌肉內的測量等都可以使用。
其次，對使用本發明的活體測量用探頭的裝置結構進行說明。
圖4表示基于本發明的腦功能測量裝置的一個實施例。被檢查者(例如，嬰幼兒)4-1安靜地橫躺在床上及保育器4-2的狀態下進行測量。在嬰幼兒頭部佩戴著數條光纖4-3(實線)與腦電波電極及信號線4-4(點劃線)。光纖具有從頭皮上照射來自各光源的光的照射用光纖和把通過活體內部而散射的光聚光并導波到檢測器的聚光用光纖，以各個組合測量1個區域。
通常照射的光是對活體透過性高的800nm左右的近紅外光。由該近紅外光被活體內部吸收的值就能夠測量相當于血紅蛋白(Hb)的濃度變化(這里，所謂濃度是指單位組織中的Hb分子量)的量。由于Hb中有得到氧的oxy-Hb與脫氧的deoxy-Hb，在各自分離測量時，選擇適當的2種波長進行測量。在這里，作為oxy-Hb濃度變化與deoxy-Hb濃度變化的總和的total-Hb的濃度變化，相當于血液量的變化。
在成人腦功能的活動與血液量變化及oxy-Hb濃度變化與deoxy-Hb濃度變化(以下把這些總稱為血液循環的動態變化)中已知存在密的切關系。這是因為引起腦功能活動時，在擔任該功能的腦內局部范圍代謝亢進，為了給那個范圍供氧局部血液量和oxy-Hb濃度增加，deoxy-Hb濃度由此減小。因此，通過測量血液量變化及oxy-Hb濃度變化與deoxy-Hb濃度變化，就能夠知道成人的腦功能活動。迄今為止，使用近紅外光的方法可以測量或者圖像化成人的腦功能活動(參照日本特開平9-98972號公報)已眾所周知。
但是，卻沒有伴隨著新生兒和嬰幼兒的腦活動的血液循環動態變化在不進行麻醉時進行測量的方法。因此，嬰幼兒的腦活動與血液循環動態變化的關系還不知道，當然腦活動之類情況也不知道。像本實施例這樣在使用光的方法中，只需將光導纖維4-1佩戴在頭部，而不用麻醉就能夠進行測量。
另外，腦電波早已在臨床上廣泛使用，尤其是在聽聲音時產生的聽力腦干反應對聽覺障礙的早期發現非常有效。
但是，在活體光測量裝置中，主要是測量與高級功能相關的大腦皮質，腦電波儀把腦干部分產生的腦電波和不能特定比較的部位的腦神經活動進行測量。因此，要綜合地判斷腦障礙在哪一方有困難。
本發明中，腦功能測量裝置4-5將使用了該近紅外光的測量裝置與腦電波測量裝置融為一體。不過，根據需要分離開也沒關系。在該腦功能測量裝置4-5中，多條光纖4-3與電極及信號線4-4連接在一起，內裝有數個光源和光檢測器及腦電波電位測量裝置。腦功能測量裝置4-5中，進行活體內的血液循環動態變化及腦電波的時間系列處理和圖像化等，在顯示裝置4-6上顯示。
聽覺/語言/視覺刺激控制裝置4-7是控制給與嬰幼兒的聽覺/語言/視覺刺激的裝置。在該聽覺/語言/視覺刺激控制裝置4-7中，語言/聽覺刺激用的聲音(嘟嘟聲和嗒嗒聲等)·語音(沒有語言的聲音等)·語言(說話聲)·圖像數據(閃爍和檢查圖案及動畫等)，作為模擬或者數字數據被記錄下來。在任意時間發送該聲音·語音·語言·圖像數據，以一個以上的揚聲器及/或耳機4-8播放聲音·語音·語言并提示，另外，以圖像顯示裝置4-10提示圖像數據。這些揚聲器及/或耳機4-8、及圖像顯示裝置4-10被固定在床及保育器4-2上。其配置位置雖可認為有各種各樣，后面用圖5敘述一個例子。
然后，來自聽覺/語言/視覺刺激控制裝置4-7的聲音·語音·語言·圖像數據發出的時間及時刻和被選擇的聲音·語音·語言·圖像數據的種類被記錄在腦功能測量裝置4-5。另外，反過來，時刻和作為刺激發出的聲音·語音·語言·圖像的種類由腦功能測量裝置4-5指示，與由刺激控制裝置4-7的指示相一致、也可以從被記錄下來的聲音·語音·語言·圖像中選擇作為信號輸出。即，重要的是腦功能測量裝置4-5與聽覺/語言/視覺刺激控制裝置4-7以任意的手段實現同步。
根據從揚聲器及/或耳機4-8發出的聲音·語音·語言和在圖像顯示裝置4-10提示的圖像，由于聽覺/語言/視覺功能的活動，發生腦內的血液循環動態變化。該血液循環動態變化被腦功能測量裝置4-5記錄。測量中信號顯示在顯示裝置4-6上，另外，全部測量結束后進行再處理，其結果顯示在顯示裝置4-6上。由于把2種以上不同種類的信號以同一畫面·同一時空間尺度顯示，使用者能夠容易理解信號。
如圖10所示那樣，若使用活體測量用探頭，可以同時測量光測量信號與腦電波之類的電測量信號，并把兩種信號的處理結果用曲線或者圖像顯示在顯示裝置4-6上。
圖5中表示從橫向所見的在床及保育器4-2上配置揚聲器及/或耳機4-8及圖像顯示裝置4-10的方式圖。
床及保育器4-2如圖所示做成包圍被檢查者4-1的方式，用透明的塑料等做成從內部可以看清的樣子。被檢查者4-1安靜地仰臥在傾斜的被檢查者固定器具4-11上以便能舒適地測量。被檢查者腿部支撐部4-11-1被固定在被檢查者固定器具4-11上，綁住被檢查者4-1的腿部以防被檢查者4-1從被檢查者固定器具4-11上滑落下來。
揚聲器及/或耳機4-8被埋設在被檢查者固定器具4-11的頭部固定部兩側。尤其是，在使右耳與左耳同時聽不同聲音時，使用耳機比使用揚聲器更理想。
圖像顯示裝置4-10用圖像顯示裝置固定器具4-12固定在床或者保育器4-2不在被檢查者4-1正上方的位置。這是考慮到安全而配置的，即使萬一圖像顯示裝置4-10掉下來也不會傷及被檢查者4-1。因此，由于必須使被檢查者4-1傾斜仰臥，就需要傾斜的被檢查者固定器具4-11。
揚聲器及/或耳機4-8及圖像顯示裝置4-10由信號線4-13-1～4-13-2與刺激控制裝置4-18(例如，聽覺/語言/視覺刺激控制裝置)連接在一起。中間借助于連接器4-14的話就很容易分離，場所的移動等能夠簡單地進行。
腦功能測量使用的光纖及腦電波電極由光纖及腦電波信號線4-15通過連接器4-16連接在腦功能測量裝置4-17上。
圖6是表示從斜上方所見到的被檢查者固定器具4-11的一個構成例子。在被檢查者固定器具4-11上，設置被檢查者腿部支撐部4-11-1與被檢查者頭部支撐部4-11-2。通過用被檢查者腿部支撐部4-11-1挾住被檢查者腿部，就防止了被檢查者從傾斜的被檢查者固定器具4-11上滑落下來。
還有，被檢查者頭部支撐部4-11-2配置成從頸部支撐頭后部的下部，如圖所示，采用有寬度調整、角度調整、上下方向可以移動的結構。根據這種形狀，敞開頭后部可以很容易地安裝腦功能測量用的探頭。另外，通過傾斜被檢查者固定器具，就不必把用于視覺提示的顯示裝置等置于被檢查者的正上方。
圖7是表示使用圖4、及圖5所示的裝置測量得到的新生兒隨聲音的腦電波變化及血液循環動態變化。圖7(a)為聽到單純音(200ms的嗒嗒聲)時，對單純音腦干腦電波的算術平均信號。重復進行大約1000次。聽覺沒有異常時，如圖所示作為腦干部分的反應從聽到聲音起在10ms以內作為腦電波觀察到具有6至7個峰。
圖7(b)及圖7(c)的各圖表示伴隨著隨單純音及說話的大腦皮質反應的腦內血液循環動態變化。圖7(b)及圖7(c)的各圖的縱軸表示相當于total-Hb、oxy-Hb、doexy-Hb的濃度變化(concentration changes)的值，橫軸表示時間。另外，實線表示total-Hb、點劃線表示oxy-Hb、虛線表示doexy-Hb。
圖7(b)及圖7(c)的結果是在新生兒左側頭部的耳穴1.5cm上的地方測得的數據。圖7(b)、圖7(c)分別把1次的刺激時間15秒、刺激時間前的5秒、還有刺激時間之后的15秒總計35秒作為1個圖表列出。由于圖7(b)、圖7(c)中刺激共重復10次，把10次進行算術平均求出血液循環動態變化的時間系列數據。
這些結果中，從圖7(a)可知被檢查者至少從耳朵至腦干傳達聽覺信號，反應正常。信號從腦干向大腦皮質的傳送，由于用腦電波難以確定，所以通過能夠測量伴隨大腦皮質活動的血液循環動態變化的反應的光測量的結果進行判斷。但是，用單純音如圖7(b)所示，在大腦皮質中沒有引起顯著的反應。其原因是在擔任高級功能的大腦皮質中，用單純音幾乎沒有引起太大的活動。但是，如圖7(c)所示可知，聽到像說話那樣的復雜的聲音時，即使是新生兒大腦皮質也加大活動，對語言是認知的。由該結果可知，該被檢查者聽覺及語言功能為正常活動。
至此，歸納本發明，有以下幾點1)一種活體測量用探頭，具有在被檢測體上通過第1光波導把光照射到被檢測體上的光照射裝置；和把由上述光照射裝置照射的、在被檢測體內部傳播的光通過第2光波導聚光的聚光裝置；其特征是，具有分別被上述第1光波導及上述第2光波導所嵌入的通路，分別固定上述第1光波導及上述第2光波導的第1及第2導向部件，和把上述第1及上述第2導向部件連接起來并保持，形成與上述被檢測體接觸部分的基座部件。
2)一種活體測量用探頭，其特征是，在上述1)的結構中，以柔軟性和活體適應性高的材料構成上述基座部件。
3)一種活體測量用探頭，其特征是，在上述1)的結構中，把上述第1及上述第2導向部件內的上述第1光波導及上述第2光波導設置成分別沿軸向可動的伸縮部件。
4)一種活體測量用探頭，其特征是，在上述1)的結構中，上述第1及上述第2導向部件配置成在上述基座部件上，使其相互交替地位于正方格子形狀或者菱形格子形狀的頂點位置的結構。
5)一種活體測量用探頭，其特征是，在上述1)的結構中，上述基座部件與上述被檢測體接觸的部分，由分割成的數個面構造部件構成，而且上述面構造的各部件之間通過柔軟性部件連接在一起。
6)一種活體測量用探頭，其特征是，在上述1)的結構中，上述光照射裝置包括光照射用光源、和控制向上述光源注入電流的光源調整電路，上述聚光裝置包括光檢測器、和對由上述光檢測器獲得的檢測信號進行處理的檢測信號電路。
7)一種活體測量用探頭，其特征是，在上述1)的結構中，在上述基座部件內設置上述第1光波導及上述第2光波導的同時、設置腦電波測量用的電極，其結構可同時進行光測量及腦電波測量。
8)一種活體測量裝置，其特征是，該裝置使用具有通過光波導將光照射到被檢測體上的光照射裝置和將由上述光照射裝置所照射的、在被檢測體內部傳播的光通過光波導聚光的聚光裝置的活體測量用探頭，對被檢測體內部的生理變化進行檢測；其特征在于，上述探頭具有分別被插入上述光照射用的光波導及上述聚光用的光波導的通路，用于分別固定上述各光波導的第1及第2導向部件；將上述第1及第2導向部件之間連接起來并予保持，形成與上述被檢測體接觸的部分的基座部件；和在上述第1及上述第2導向部件內具有使上述第1光波導及上述第2光波導分別沿軸向可動的伸縮部件。
9)一種活體光測量裝置，其特征是，在上述8)的結構中，上述光照射裝置包括光照射用光源和控制向上述光源注入電流的光源調整電路；上述聚光裝置包括光檢測器和對由上述光檢測器獲得的檢測信號進行處理的檢測信號電路，而且上述光源調整電路與上述檢測信號電路分別通過各自的通信裝置進行控制。
10)一種腦功能測量裝置，其特征是，具有使用具有通過光波導將光照射到被檢測體上的光照射裝置和將由上述光照射裝置所照射的、在被檢測體內部傳播的光通過光波導聚光的聚光裝置的活體測量用探頭，測量被檢測體內部的生理變化的活體光檢測裝置；電測量腦電波的腦電波測量裝置；具有對被檢測體施加有關聲音、語音、語言、圖像的數據并進行控制的刺激控制裝置；和具有再生有關上述聲音、語音、語言、圖像的數據并對被檢測體進行提示的提示裝置，將從上述刺激控制裝置送出的上述聲音、語言、語言、圖像中至少一種通過上述提示裝置對被檢測體進行提示的同時測量被檢測體的腦功能活動信號。
11)一種腦功能測量裝置，其特征是，使用上述7)的活體測量用探頭，形成利用光測量及腦電波測量來測量被檢測體的腦功能活動信號的結構。
12)一種腦功能測量裝置，其特征是，包括具有用于對活體照射光的光照射裝置、和把通過活體內部的活體通過光聚光進行檢測的聚光檢測裝置的活體光測量裝置；測量腦電波的腦電波測量裝置；具有與聲音·語音·語言有關的多種數據的聲音刺激控制裝置；把聲音·語音·語言提供給嬰幼兒被檢查者的揚聲器及耳機；具有與圖像有關的多種數據的視覺刺激控制裝置；把圖像提供給被檢查者的圖像顯示裝置。來自上述聲音刺激裝置的聲音·語音·語言及來自上述視覺刺激控制裝置的圖像數據，一邊由上述揚聲器及耳機和上述圖像顯示裝置播放提供給被檢查者，一邊測量被檢查者的腦功能活動信號。
13)一種腦功能測量裝置，其特征是，在上述12)的腦功能測量裝置中，將再生刺激并提供給被檢查者的上述揚聲器及耳機與上述圖像顯示裝置設置成與被檢查者所躺的床及保育器一體化。
14)一種腦功能測量裝置，其特征是，在上述12)的腦功能測量裝置中，位于被檢查者所躺的床及保育器上的固定被檢查者的固定器具是傾斜的。
15)一種腦功能測量裝置，其特征是，在上述12)的腦功能測量裝置中，位于被檢查者所躺的床及保育器上的固定被檢查者的固定器具內設有揚聲器及耳機。
16)一種腦功能測量裝置，其特征是，在上述12)的腦功能測量裝置中，圖像顯示裝置被固定在被檢查者所躺的床及保育器內部不處于被檢查者正上方的位置。
17)一種腦功能測量裝置，其特征是，在上述12)的腦功能測量裝置中，固定被檢查者的固定器具具有支撐被檢查者腿部的部件。
18)一種腦功能測量裝置，其特征是，在上述12)的腦功能測量裝置中，位于被檢查者所躺的床上的固定被檢查者的固定器具具有敞開頭后部支撐被檢查者的頭部及頸部的部件。
19)一種腦功能測量裝置，其特征是，在上述12)的腦功能測量裝置中，位于被檢查者所躺的床上的固定被檢查者的固定器具是傾斜的，而且具有支撐被檢查者腿部的部件，還具有敞開頭后部支撐被檢查者的頭部及頸部的部件。
20)一種固定被檢查者的固定器具，其特征是，在上述17)的固定被檢查者的固定器具中，支撐被檢查者腿部的部件可以移動。
21)一種固定被檢查者的固定器具，其特征是，在上述18)的固定被檢查者的固定器具中，支撐被檢查者頭部及頸部的部件可以移動、形狀可改變。
22)一種腦功能測量裝置，其特征是，具備具有用于對活體照射光的光照射裝置、和把通過活體內部的活體通過光聚光進行檢測的聚光檢測裝置的活體光測量裝置；測量腦電波的腦電波測量裝置；具有與聲音·語音·語言有關的多種數據的聲音刺激控制裝置；把聲音·語音·語言提供給嬰幼兒被檢查者的揚聲器及耳機；具有與圖像有關的多種數據的視覺刺激控制裝置；把圖像提供給被檢查者的圖像顯示裝置。上述活體光測量裝置、上述腦電波測量裝置、上述聲音刺激控制裝置和上述視覺刺激控制裝置同步來獲取提供聲音·語音·語言·圖像刺激的時刻、時間、長度、刺激的種類等信號，使上述信號同步并把來自上述聲音刺激裝置及上述視覺刺激控制裝置的聲音·語音·語言·圖像數據在上述揚聲器及耳機和上述圖像顯示裝置播放并提供給被檢查者。
采用本發明，對于具有很大曲率的活體表面，由于可以簡便佩戴基于本發明的活體測量用探頭，就可以測量至此難以測量的新生兒·嬰幼兒的頭部和手臂等的運動部位的生理變化。
另外。由于可以測量含新生兒在內的嬰幼兒的腦功能，所以就能夠早期發現嬰幼兒的腦障礙。特別是，由于融合了腦電波及光測量，可以同時測量腦部深處及大腦皮質兩者，實現了綜合的腦功能測量，所以使腦功能障礙的判斷變得容易。
這樣，利用本發明，使活體光測量的應用范疇擴大，有助于產業的發展，特別是，對腦功能發育過程的理解，有助于教育等帶給社會的極大影響的領域。
權利要求
1.一種活體測量用探頭，具有在被檢測體上通過第1光波導把光照射到被檢測體上的光照射裝置；和把由上述光照射裝置照射的、在被檢測體內部傳播的光通過第2光波導聚光的聚光裝置；其特征在于，具有分別被上述第1光波導及上述第2光波導所嵌入的通路，分別固定上述第1光波導及上述第2光波導的第1及第2導向部件，和把上述第1及上述第2導向部件連接起來并保持，形成與上述被檢測體接觸部分的基座部件。
2.如權利要求1所述的活體測量用探頭，其特征在于，以柔軟性和活體適應性高的材料構成上述基座部件。
3.如權利要求1所述的活體測量用探頭，其特征在于，把上述第1及上述第2導向部件內的上述第1光波導及上述第2光波導設置成分別沿軸向可動的伸縮部件。
4.如權利要求1所述的活體測量用探頭，其特征在于，上述第1及上述第2導向部件配置成在上述基座部件上，使其相互交替地位于正方格子形狀或者菱形格子形狀的頂點位置的結構。
5.如權利要求1所述的活體測量用探頭，其特征在于，上述基座部件與上述被檢測體接觸的部分，由分割成的數個面構造部件構成，而且上述面構造的各部件之間通過柔軟性部件連接在一起。
6.如權利要求1所述的活體測量用探頭，其特征在于，上述光照射裝置包括光照射用光源、和控制向上述光源注入電流的光源調整電路，上述聚光裝置包括光檢測器、和對由上述光檢測器獲得的檢測信號進行處理的檢測信號電路。
7.如權利要求1所述的活體測量用探頭，其特征在于，在上述基座部件內設置上述第1光波導及上述第2光波導的同時、設置腦電波測量用的電極，其結構可同時進行光測量及腦電波測量。
8.一種活體光測量裝置，該裝置使用具有通過光波導將光照射到被檢測體上的光照射裝置和將由上述光照射裝置所照射的、在被檢測體內部傳播的光通過光波導聚光的聚光裝置的活體測量用探頭，對被檢測體內部的生理變化進行檢測；其特征在于，上述探頭具有分別被插入上述光照射用的光波導及上述聚光用的光波導的通路，用于分別固定上述各光波導的第1及第2導向部件；將上述第1及第2導向部件之間連接起來并予保持，形成與上述被檢測體接觸的部分的基座部件；和在上述第1及上述第2導向部件內具有使上述第1光波導及上述第2光波導分別沿軸向可動的伸縮部件。
9.如權利要求8所述的活體光測量裝置，其特征在于，上述光照射裝置包括光照射用光源和控制向上述光源注入電流的光源調整電路；上述聚光裝置包括光檢測器和對由上述光檢測器獲得的檢測信號進行處理的檢測信號電路，而且上述光源調整電路與上述檢測信號電路分別通過各自的通信裝置進行控制。
10.一種腦功能測量裝置，其特征在于，具有使用具有通過光波導將光照射到被檢測體上的光照射裝置和將由上述光照射裝置所照射的、在被檢測體內部傳播的光通過光波導聚光的聚光裝置的活體測量用探頭，測量被檢測體內部的生理變化的活體光檢測裝置；電測量腦電波的腦電波測量裝置；具有對被檢測體施加有關聲音、語音、語言、圖像的數據并進行控制的刺激控制裝置；和具有再生有關上述聲音、語音、語言、圖像的數據并對被檢測體進行提示的提示裝置，將從上述刺激控制裝置送出的上述聲音、語言、語言、圖像中至少一種通過上述提示裝置對被檢測體進行提示的同時測量被檢測體的腦功能活動信號。
11.一種腦功能測量裝置，其特征在于，使用如權利要求7所述的活體測量用探頭，形成利用光測量及腦電波測量來測量被檢測體的腦功能活動信號的結構。
全文摘要
本發明涉及測量活體內部生理變化的活體測量技術。本發明提供一種對于有很大曲率的活體表面可以簡便佩戴的活體測量用探頭，提供一種同時測量伴隨著被檢測體(特別是嬰幼兒)的聽覺/語言/視覺功能活動的血液循環動態變化及腦電波的測量技術。活體測量用探頭具有在被檢測體上通過第1光波導把光照射到被檢測體上的光照射裝置；和把由上述光照射裝置照射的、在被檢測體內部傳播的光通過第2光波導聚光的聚光裝置；其特征在于，具有分別被上述第1光波導及上述第2光波導所嵌入的通路，分別固定上述第1光波導及上述第2光波導的第1及第2導向部件，和把上述第1及上述第2導向部件連接起來并保持，形成與上述被檢測體接觸部分的基座部件。
文檔編號A61B5/1455GK1547453SQ02814070
公開日2004年11月17日 申請日期2002年5月24日 優先權日2001年11月12日
發明者牧敦, 藤原倫行, 敦 牧, 行 申請人:株式會社日立制作所, 株式會社日立醫藥