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JP2009142491A - Optical cerebral function imaging apparatus - Google Patents

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JP2009142491A
JP2009142491A JP2007323787A JP2007323787A JP2009142491A JP 2009142491 A JP2009142491 A JP 2009142491A JP 2007323787 A JP2007323787 A JP 2007323787A JP 2007323787 A JP2007323787 A JP 2007323787A JP 2009142491 A JP2009142491 A JP 2009142491A
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  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical cerebral function imaging apparatus capable of preventing a device structure from becoming complicated and a cost from increasing, solving the problem caused by wavelength dependency with light to be irradiated in an optical measurement method, and correctly performing a statistic test. <P>SOLUTION: The optical cerebral function imaging apparatus 1 includes: a light emission/reception part control part 4 for obtaining the respective temporal changes X<SB>n</SB>(t) of signal values A<SB>n</SB>concerning cerebral activities in N measurement parts on the cerebral surface of a subject; a general linear model generating part 31 for expressing the temporal changes X<SB>n</SB>(t) of the signal values A<SB>n</SB>with the use of general linear models Y<SB>n</SB>(t); a t-value calculating part 32 for calculating t-vales for performing the test concerning a plurality of partial regression coefficients β<SB>p</SB>; and a t-testing part 33 for testing significance of the general linear models Y<SB>n</SB>(t). The signal value A<SB>n</SB>is a voltage value ratio or absorbance. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、光を用いて複数箇所の測定部位における脳活動に関する信号値の時間変化を解析して計測する光脳機能イメージング装置に関し、さらに詳細には一般線形モデルを用いた統計的検定により信号値の時間変化を解析して計測する光脳機能イメージング装置に関する。 The present invention relates to an optical brain functional imaging apparatus that analyzes and measures temporal changes in signal values related to brain activity at a plurality of measurement sites using light, and more specifically, a signal by statistical test using a general linear model. The present invention relates to an optical brain functional imaging apparatus that analyzes and measures changes in values over time.

近年、脳の活動状況を観察するために、光を用いて簡便に無侵襲で測定する光脳機能イメージング装置が開発されている。このような光脳機能イメージング装置では、送光プローブと受光プローブとを設定間隔(チャンネル)で備える。これにより、光脳機能イメージング装置では、被検者の頭蓋表面上に配置した送光プローブにより、異なる2種類の波長λ、λ(例えば、780nmと830nm)の近赤外光を脳に照射するとともに、頭蓋表面上に配置した受光プローブにより、脳から放出された各波長の近赤外光の強度によって信号値A(λ)、A(λ)をそれぞれ検出する。
ここで、各波長λ、λの近赤外光は、頭皮組織や骨組織を透過し、かつ、オキシヘモグロビンとデオキシヘモグロビンとが可視光から近赤外領域にかけて異なる分光吸収スペクトル特性を有するので、血液中のオキシヘモグロビン或いはデオキシヘモグロビンのいずれかに特に吸収される。なお、図4は、オキシヘモグロビンとデオキシヘモグロビンとの分光吸収係数を示すグラフである。
In recent years, in order to observe the activity state of the brain, an optical brain functional imaging apparatus has been developed that uses light for simple and non-invasive measurement. Such an optical brain functional imaging apparatus includes a light transmitting probe and a light receiving probe at set intervals (channels). As a result, in the optical brain functional imaging apparatus, near-infrared light of two different wavelengths λ 1 and λ 2 (for example, 780 nm and 830 nm) is applied to the brain by a light transmission probe arranged on the skull surface of the subject. In addition to irradiation, signal values A (λ 1 ) and A (λ 2 ) are detected based on the intensity of near-infrared light of each wavelength emitted from the brain by a light receiving probe arranged on the surface of the skull.
Here, near-infrared light of each wavelength λ 1 and λ 2 is transmitted through the scalp tissue and bone tissue, and oxyhemoglobin and deoxyhemoglobin have different spectral absorption spectrum characteristics from visible light to near-infrared region. Therefore, it is particularly absorbed by either oxyhemoglobin or deoxyhemoglobin in the blood. FIG. 4 is a graph showing spectral absorption coefficients of oxyhemoglobin and deoxyhemoglobin.

よって、脳血流中のオキシヘモグロビンの濃度・光路長積[oxyHb]と、デオキシヘモグロビンの濃度・光路長積[deoxyHb]とを求めるために、例えば、Modified Beer Lambert則を用いて関係式(4)(5)に示す連立方程式を作成して、この連立方程式を解いている(例えば、非特許文献1参照)。さらには、オキシヘモグロビンの濃度・光路長積[oxyHb]と、デオキシヘモグロビンの濃度・光路長積[deoxyHb]とから総ヘモグロビンの各濃度・光路長積([oxyHb]+[deoxyHb])を算出している。
A(λ)=E(λ)×[oxyHb]+E(λ)×[deoxyHb]・・・(4)
A(λ)=E(λ)×[oxyHb]+E(λ)×[deoxyHb]・・・(5)
ここで、E(λm)は、波長λmの光におけるオキシヘモグロビンの吸光度係数であり、E(λm)は、波長λmの光におけるデオキシヘモグロビンの吸光度係数である。
Therefore, in order to calculate the concentration / optical path length product [oxyHb] of oxyhemoglobin in the cerebral blood flow and the concentration / optical path length product [deoxyHb] of deoxyhemoglobin, for example, using the modified Beer Lambert rule, the relational expression (4 ) The simultaneous equations shown in (5) are created and the simultaneous equations are solved (for example, see Non-Patent Document 1). Furthermore, the concentration / optical path length product ([oxyHb] + [deoxyHb]) of total hemoglobin is calculated from the oxyhemoglobin concentration / optical path length product [oxyHb] and deoxyhemoglobin concentration / optical path length product [deoxyHb]. ing.
A (λ 1 ) = E O1 ) × [oxyHb] + E d1 ) × [deoxyHb] (4)
A (λ 2 ) = E O2 ) × [oxyHb] + E d2 ) × [deoxyHb] (5)
Here, E O (λm) is an absorbance coefficient of oxyhemoglobin in light of wavelength λm, and E d (λm) is an absorbance coefficient of deoxyhemoglobin in light of wavelength λm.

また、光脳機能イメージング装置では、脳表面全体に関する脳の測定部位のオキシヘモグロビンの濃度・光路長積[oxyHb]、デオキシヘモグロビンの濃度・光路長積[deoxyHb]及び総ヘモグロビンの濃度・光路長積([oxyHb]+[deoxyHb])をそれぞれ測定するために、例えば、近赤外分光分析計(以下、NIRSと略す)等が利用されている(例えば、特許文献1参照)。
NIRSにおいては、複数個の送光プローブと、複数個の受光プローブとを所定の配列で被検者の頭蓋表面に密着させるために、ホルダが使用される。このようなホルダとしては、例えば、頭蓋表面の形状に合わせて椀形状に成型された成型ホルダが使用される。成型ホルダには貫通孔が複数個設けられ、送光プローブと受光プローブとがそれらの貫通孔に挿入されることによって、設定間隔(チャンネル)が一定となり、頭蓋表面からN箇所の特定の深度の信号値A(λ)、A(λ)(n=1,2,・・,N)を得ている。なお、一般的に設定間隔(チャンネル)を30mmとしたものが用いられ、チャンネルが30mmである場合には、チャンネルの中点からの深度15mm〜20mmの信号値A(λ)、A(λ)が得られると考えられている。すなわち、頭蓋表面から深度15mm〜20mmの位置は脳表部位にほぼ対応し、脳表面のN箇所の測定部位における脳活動に関する信号値A(λ)、A(λ)が得られる。
In the optical brain functional imaging device, oxyhemoglobin concentration / optical path length product [oxyHb], deoxyhemoglobin concentration / optical path length product [deoxyHb], and total hemoglobin concentration / optical path length product at the brain measurement site for the entire brain surface In order to measure ([oxyHb] + [deoxyHb]), for example, a near-infrared spectrometer (hereinafter abbreviated as NIRS) is used (see, for example, Patent Document 1).
In NIRS, a holder is used to bring a plurality of light-transmitting probes and a plurality of light-receiving probes into close contact with the surface of the subject's skull in a predetermined arrangement. As such a holder, for example, a molded holder molded into a bowl shape in accordance with the shape of the skull surface is used. The molding holder is provided with a plurality of through holes, and by inserting the light transmitting probe and the light receiving probe into the through holes, the set interval (channel) becomes constant, and the N depth from the skull surface has a specific depth. Signal values A n1 ), A n2 ) (n = 1, 2,..., N) are obtained. In general, a set interval (channel) of 30 mm is used. When the channel is 30 mm, the signal values A n1 ) and A n at a depth of 15 mm to 20 mm from the midpoint of the channel are used. It is believed that (λ 2 ) is obtained. That is, the position 15 mm to 20 mm deep from the surface of the skull substantially corresponds to the surface area of the brain, and the signal values A n1 ) and A n2 ) related to the brain activity at the N measurement sites on the brain surface are obtained. .

図2は、上述したようなNIRSにおける11個の送光プローブと12個の受光プローブとの位置関係の一例を示す平面図である。NIRS11は、送光プローブ12a〜12kと受光プローブ13a〜13jとが行方向及び列方向に交互となるように正方格子状に配置された半球状のものである。なお、送光プローブ12a〜12kから照射された近赤外光は、隣接する受光プローブ13a〜13j以外の離れた受光プローブ13a〜13jでも検出されるが、ここでは説明を簡単にするため、隣接する受光プローブ13a〜13jのみで検出されることとする。よって、合計32(=N)箇所の測定部位における信号値A(λ)、A(λ)(n=1,2,・・,32)が得られることになる。
そして、合計32箇所の測定部位における信号値A(λ)、A(λ)から、上述したように連立方程式を作成して、オキシヘモグロビンの濃度・光路長積[oxyHb]と、デオキシヘモグロビンの濃度・光路長積[deoxyHb]とを算出している。
FIG. 2 is a plan view showing an example of the positional relationship between 11 light transmitting probes and 12 light receiving probes in NIRS as described above. The NIRS 11 is a hemispherical shape in which the light transmitting probes 12a to 12k and the light receiving probes 13a to 13j are arranged in a square lattice pattern so as to alternate in the row direction and the column direction. Note that near-infrared light emitted from the light-transmitting probes 12a to 12k is also detected by remote light-receiving probes 13a to 13j other than the adjacent light-receiving probes 13a to 13j. It is assumed that detection is performed only by the light receiving probes 13a to 13j. Therefore, signal values A n1 ) and A n2 ) (n = 1, 2,..., 32) at a total of 32 (= N) measurement sites are obtained.
Then, from the signal values A n1 ) and A n2 ) at a total of 32 measurement sites, a simultaneous equation is created as described above, and the concentration / optical path length product [oxyHb] of oxyhemoglobin, Deoxyhemoglobin concentration and optical path length product [deoxyHb] are calculated.

ところで、算出されたオキシヘモグロビンの濃度・光路長積[oxyHb]と、デオキシヘモグロビンの濃度・光路長積[deoxyHb]とには、脳(脳皮質)血流中のオキシヘモグロビン及びデオキシヘモグロビンからの情報と、それ以外の血流(例えば、皮膚血流等)中のオキシヘモグロビン及びデオキシヘモグロビンからの情報とが含まれており、これらを峻別する必要がある。
そこで、峻別方法として、一般線形モデル(GLM)を用いた統計的検定手法が定着している。例えば、予め複数の基本関数S(t)(p=1,2,・・,P−1)を仮定し、得られたオキシヘモグロビンの濃度・光路長積[oxyHb]の時間変化と、デオキシヘモグロビンの濃度・光路長積[deoxyHb]の時間変化とを、式(1)に示す一般線形モデルY(t)で表現し、一般線形モデルY(t)における基本関数S(t)の係数(偏回帰係数)βについて最小自乗法によりフィッティングを行うとともに、偏回帰係数βについて統計的検定を行い、フィッティングの妥当性を検定することにより、オキシヘモグロビンの濃度・光路長積[oxyHb]の時間変化と、デオキシヘモグロビンの濃度・光路長積[deoxyHb]の時間変化とを表現した一般線形モデルY(t)の解析を行っている。
(t)=β+β(t)+・・+βP−1P−1(t)+ε・・・(1)
ここで、βは、ベースライン値であり、εは、残差成分(ノイズ成分を集約したもの)である。
そして、解析を行った結果を用いて、各測定部位nについてオキシヘモグロビンの濃度・光路長積[oxyHb]や、デオキシヘモグロビンの濃度・光路長積[deoxyHb]をカラーマッピングした脳機能イメージング画像や有意チャンネル(有意性のある測定部位n)の表示等を行っている。
特開2006−109964号公報 Factors affecting the accuracy of near-infrared spectroscopy concentration calculations for focal changes in oxygenation parameters, NeuroImage 18, 865-879, 2003
By the way, the calculated concentration / optical path length product [oxyHb] of oxyhemoglobin and deoxyhemoglobin concentration / optical path length product [deoxyHb] are information from oxyhemoglobin and deoxyhemoglobin in the bloodstream of the brain (brain cortex). And information from oxyhemoglobin and deoxyhemoglobin in other bloodstreams (for example, skin bloodstream), and these need to be distinguished.
Therefore, a statistical test method using a general linear model (GLM) has been established as a distinction method. For example, assuming a plurality of basic functions S p (t) (p = 1, 2,..., P−1) in advance, the time variation of the obtained oxyhemoglobin concentration / optical path length product [oxyHb] and deoxy a time change of concentration-path length product of hemoglobin [deoxyHb], formula expressed by a general linear model Y n (t) shown in (1), the general linear model Y basic function at n (t) S p (t) The coefficient (partial regression coefficient) β p is fitted by the least square method, the partial regression coefficient β p is statistically tested, and the validity of the fitting is tested to determine the product of oxyhemoglobin concentration and optical path length [ The analysis of the general linear model Y n (t) expressing the time change of oxyHb] and the time change of deoxyhemoglobin concentration / optical path length product [deoxyHb] is performed.
Y n (t) = β 0 + β 1 S 1 (t) +. + Β P-1 S P-1 (t) + ε n (1)
Here, β 0 is a baseline value, and ε n is a residual component (aggregation of noise components).
Then, using the results of the analysis, the brain function imaging image obtained by color mapping the concentration / optical path length product [oxyHb] of oxyhemoglobin and the deoxyhemoglobin concentration / optical path length product [deoxyHb] for each measurement site n or significant Channels (significant measurement sites n) are displayed.
JP 2006-109964 A Factors affecting the accuracy of near-infrared spectroscopy concentration calculations for focal changes in oxygenation parameters, NeuroImage 18, 865-879, 2003

しかしながら、送光プローブ12から受光プローブ13まで各波長λ、λの近赤外光が通過する光路長の長さには、近赤外光の散乱度合等による波長依存性がある。つまり、同一の送光プローブ12と受光プローブ13との組み合わせ(例えば、送光プローブ12aと受光プローブ13a)によって信号値A(λ)を得ても、波長λの光と波長λの光とが通過した光路長の長さは異なっている。したがって、上述したように連立方程式を作成して、オキシヘモグロビンの濃度・光路長積[oxyHb]と、デオキシヘモグロビンの濃度・光路長積[deoxyHb]とを求めても、この連立方程式においては、異なる2種類の波長λ、λの光が同一距離を通過したことを前提としているので、クロストークを引き起こし、その結果、正確なオキシヘモグロビンの濃度・光路長積[oxyHb]と、デオキシヘモグロビンの濃度・光路長積[deoxyHb]とが求められないという問題があった。 However, the length of the optical path length through which near-infrared light of each wavelength λ 1 and λ 2 passes from the light transmitting probe 12 to the light-receiving probe 13 has wavelength dependency due to the degree of scattering of the near-infrared light. That is, even if the signal value A nm ) is obtained by a combination of the same light transmission probe 12 and light reception probe 13 (for example, the light transmission probe 12a and the light reception probe 13a), the light of wavelength λ 1 and the wavelength λ 2 The length of the optical path length through which the light passes is different. Therefore, even if the simultaneous equations are created as described above to obtain the concentration / optical path length product [oxyHb] of oxyhemoglobin and the concentration / optical path length product [deoxyHb] of deoxyhemoglobin, these simultaneous equations are different. Since it is assumed that light of two types of wavelengths λ 1 and λ 2 has passed through the same distance, it causes crosstalk. As a result, the exact concentration / optical path length product [oxyHb] of oxyhemoglobin and deoxyhemoglobin There was a problem that the concentration / optical path length product [deoxyHb] could not be obtained.

また、上述したようなNIRS11によって、合計32箇所の測定部位における信号値A(λ)、A(λ)(n=1,2,・・,32)を得るためには、例えば、送光プローブ12aに波長λの光を0.15秒間送光させ、次に、送光プローブ12bに波長λの光を0.15秒間送光させるように、送光プローブ12aから送光プローブ12kまで順番に波長λの光を送光させ、さらに、送光プローブ12aから送光プローブ12kまで順番に波長λの光を送光させた後には、同様にして送光プローブ12aから送光プローブ12kまで順番に波長λの光を送光させている。つまり、ある時間の脳表面全体に関する脳機能イメージング画像を観察するときには、送光プローブ12aが波長λの光を送光した時間と、送光プローブ12kが波長λの光を送光した時間との差が大きくなりすぎるという問題があった。このことは、さらに送光プローブの個数を増やした場合には大きな問題となっていた。
さらに、光脳機能イメージング装置の構成において、送光プローブ12から波長λの光と波長λの光とを照射させるとともに、受光プローブ13で波長λの光と波長λの光とを検出させるようにする必要があるため、光脳機能イメージング装置構造が複雑になり、コストも増大するという問題があった。このことは、さらに送光プローブや受光プローブの個数を増やした場合には、大きな問題となっていた。
そこで、本発明は、装置構造が複雑にならずかつコストも増大せず、さらに、光計測方法における照射する光による波長依存性によって生じる問題をなくして、正確な統計的検定を行うことができる光脳機能イメージング装置を提供することを目的とする。
In order to obtain signal values A n1 ) and A n2 ) (n = 1, 2,..., 32) at a total of 32 measurement sites by the NIRS 11 as described above, for example, , the light of the wavelength lambda 1 is sending 0.15 seconds to the light-sending probe 12a, then the light of wavelength lambda 1 so as to sending 0.15 seconds to the light-sending probe 12b, feeding the light transmitting probe 12a turn is sending the light of the wavelength lambda 1 to the light probe 12k, Furthermore, after sequentially by sending the light of the wavelength lambda 1 from the light transmitting probe 12a to the light transmitting probe 12k is the same way light transmitting probe 12a and by sending the light of the wavelength lambda 2 in order until the light transmitting probe 12k from. That is, when observing the neuroimaging image for the entire brain surface of time, the time at which the light transmitting probe 12a has sending the light of the wavelength lambda 1, the time the light transmitting probe 12k was sending the light of the wavelength lambda 2 There was a problem that the difference between was too large. This is a serious problem when the number of light transmitting probes is further increased.
Further, in the configuration of the optical brain functional imaging apparatus, the light transmitting probe 12 emits the light of wavelength λ 1 and the light of wavelength λ 2 , and the light receiving probe 13 emits the light of wavelength λ 1 and the light of wavelength λ 2. Since it is necessary to make it detect, there existed a problem that the structure of an optical brain functional imaging apparatus became complicated and cost also increased. This is a serious problem when the number of light transmitting probes and light receiving probes is further increased.
Therefore, the present invention does not complicate the structure of the apparatus and does not increase the cost, and furthermore, it is possible to perform an accurate statistical test by eliminating the problem caused by the wavelength dependence due to the irradiated light in the optical measurement method. An object is to provide an optical brain functional imaging apparatus.

上記課題を解決するためになされた本発明の光脳機能イメージング装置は、被検者の頭蓋表面に配置される複数個の送光プローブ、当該頭蓋表面に配置される複数個の受光プローブからなる送受光部と、前記送光プローブは頭蓋表面に光を照射するとともに、前記受光プローブは頭蓋表面から放出される光の強度を検出するように制御することで、前記被検者の脳表面のN箇所の測定部位における脳活動に関する信号値A(n=1,2,・・,N)の時間変化X(t)をそれぞれ得る送受光部制御部と、複数の基本関数S(t)(p=1,2,・・,P−1)と、複数の基本関数S(t)の係数となる偏回帰係数βとを用いた一般線形モデル(GLM)により、信号値Aの時間変化X(t)を、下記式(1)に示す一般線形モデルY(t)で表現する一般線形モデル作成部と、一般線形モデルY(t)における偏回帰係数βについて検定を行うためのt値を算出するt値算出部と、算出されたt値に基づいて、一般線形モデルY(t)の有意性を検定するt検定部とを備える光脳機能イメージング装置であって、信号値Aは、下記式(2)に示す電圧値比、又は、下記式(3)に示す吸光度であり、1種類の設定波長の光を送光プローブに送光する発光部を備え、前記送受光部制御部は、前記発光部によって送光プローブから1種類の設定波長の光を頭蓋表面に照射させて、前記受光プローブで1種類の設定波長の光の強度を検出させることで、信号値Aの時間変化X(t)を得るようにしている。
(t)=β+β(t)+・・+βP−1 P−1(t)+ε・・・(1)
ここで、βは、ベースライン値であり、εは、残差成分である。
=V/Vn0・・・(2)
=−log(V/Vn0)・・・(3)
ここで、Vは、測定部位nにおいて検出された光の強度を示す測定電圧値であり、Vn0は、測定部位nにおける予め設定された基準電圧値である。
The optical brain functional imaging apparatus of the present invention made to solve the above problems comprises a plurality of light transmitting probes arranged on the surface of the subject's skull and a plurality of light receiving probes arranged on the surface of the skull. The light transmitting / receiving unit and the light transmitting probe irradiate light on the surface of the skull, and the light receiving probe is controlled to detect the intensity of light emitted from the surface of the skull. A transmitter / receiver controller that obtains time variations X n (t) of signal values A n (n = 1, 2,..., N) relating to brain activity at N measurement sites, and a plurality of basic functions Sp ( t) (p = 1, 2,..., P−1) and a signal value by a general linear model (GLM) using a partial regression coefficient β p that is a coefficient of a plurality of basic functions S p (t). the time change X n of a n (t), general linear model represented by the following formula (1) A general linear modeling unit to express Le Y n (t), and t-value calculating unit that calculates a t value for performing an assay for partial regression coefficient beta p in the general linear model Y n (t), was calculated an optical brain functional imaging apparatus including a t-test unit that tests the significance of the general linear model Y n (t) based on a t-value, and the signal value An is a voltage value represented by the following equation (2): A light-emitting unit that transmits light of one type of setting wavelength to the light-transmitting probe, and the light-transmitting / receiving-unit control unit uses the light-emitting unit to transmit the light-transmitting probe. from one type of light of predetermined wavelength by irradiating the surface of the skull, by detecting the intensity of light of one predetermined wavelength by the light receiving probe, to obtain the time change X n of the signal value a n (t) I have to.
Y n (t) = β 0 + β 1 S 1 (t) +. + Β P−1 S P−1 (t) + ε n (1)
Here, β 0 is a baseline value, and ε n is a residual component.
A n = V n / V n0 (2)
A n = −log (V n / V n0 ) (3)
Here, V n is a measurement voltage value indicating the intensity of light detected at the measurement site n, and V n0 is a preset reference voltage value at the measurement site n.

ここで、「基準電圧値」とは、例えば、照射する光の強度によって予め設定された電圧値や、被検者の安静時を予め測定することにより得られた測定電圧値等のことをいう。
本発明の光脳機能イメージング装置によれば、送受光部制御部は、送光プローブから1種類の設定波長の光を頭蓋表面に照射させて、受光プローブで1種類の設定波長の光の強度を検出させることで、N箇所の測定部位における信号値Aの時間変化X(t)をそれぞれ得る。なお、本発明では、設定波長以外の光を照射しない。よって、連立方程式を作成して、オキシヘモグロビンの濃度・光路長積[oxyHb]と、デオキシヘモグロビンの濃度・光路長積[deoxyHb]とを求めることをしない。これにより、クロストークを引き起こすことをなくすことができ、正確な統計的検定を行うことができるようになる。
そして、一般線形モデル作成部は、複数の基本関数S(t)と、複数の基本関数S(t)の係数となる偏回帰係数βとを用いた式(1)に示す一般線形モデル(GLM)により、信号値Aの時間変化X(t)を一般線形モデルY(t)で表現する。
(t)=β+β(t)+・・+βP−1 P−1(t)+ε・・・(1)
すなわち、一般線形モデルY(t)を、幾つかの基本関数S(t)(p=1,2,・・,P−1)の線形和でフィッティングできるものとし、フィッティングできなかった残差成分εが正規分布N(0,σ)しているものとする。
Here, the “reference voltage value” means, for example, a voltage value set in advance according to the intensity of light to be irradiated, a measured voltage value obtained by measuring the rest of the subject in advance, or the like. .
According to the optical brain functional imaging apparatus of the present invention, the light transmission / reception unit controller irradiates the skull surface with light of one type of setting wavelength from the light transmission probe, and the intensity of light of one type of setting wavelength with the light receiving probe. It is to detect, obtain time change X n signal values a n of the measurement site of the n locations of the (t), respectively. In the present invention, light other than the set wavelength is not irradiated. Therefore, simultaneous equations are not created to obtain the concentration / optical path length product [oxyHb] of oxyhemoglobin and the deoxyhemoglobin concentration / optical path length product [deoxyHb]. As a result, the occurrence of crosstalk can be eliminated, and an accurate statistical test can be performed.
The general linear modeling unit is generally linear which indicates a plurality of basic functions S p (t), the equation (1) using the partial regression coefficients a coefficient of the plurality of basic functions S p (t) beta p the model (GLM), expressing the time change X n of the signal value a n (t) by the general linear model Y n (t).
Y n (t) = β 0 + β 1 S 1 (t) +. + Β P−1 S P−1 (t) + ε n (1)
That is, the general linear model Y n (t) can be fitted with a linear sum of several basic functions S p (t) (p = 1, 2,. It is assumed that the difference component ε n has a normal distribution N (0, σ).

そして、式(1)で表される測定部位ごとの信号値Aの時間変化X(t)の一般化線形モデルY(t)を行列表現すると、下記式(6)(あるいは式(6’))のようになる。 Then, when the matrix representation of generalized linear model Y n (t) of the time change X n signal values A n of each measurement site of the formula (1) (t), the following equation (6) (or formula ( 6 ')).

ここで、Yは、信号値ベクトルであり、βは、偏回帰係数ベクトルであり、Gは、計画行列であり、εは、残差ベクトルである。
さて、統計的検定を行うため、Yの推定値
と、βの推定値
とを用いて、下記式(7)のように書けるものとする。
Here, Y is a signal value vector, β is a partial regression coefficient vector, G is a design matrix, and ε is a residual vector.
Now, in order to perform a statistical test, an estimate of Y
And the estimated value of β
And can be written as in the following formula (7).

このとき、
が最小になる条件を用いて、
を求める(最小自乗法)。
At this time,
Using the condition that minimizes
(Least square method).

この時、t値は、以下で与えられる。 At this time, the t value is given by:

ここで、β=0(βj=0)という仮定(帰無仮説)のもとでt検定を行う。この場合、t値は下記式(8)によって求められる。 Here, t-test is performed under the assumption (null hypothesis) of β = 0 (β j = 0). In this case, the t value is obtained by the following equation (8).

ここで、cは、コントラストベクトルであり、例えば、
のt値を得たい場合は、c=(0,1,0,0,,,0)となり、
のt値を得たい場合は、c=(0,0,1,0,,,0)となる。
また、各信号値Aが独立と見なせる場合は、次式のとおりとなる。
Where c is a contrast vector, for example
C = (0,1,0,0,, 0)
C = (0,0,1,0,., 0) is obtained.
Further, the signal value A n may be regarded as independent, the following equation.

そして、t検定部は、有意水準を設定し(例えば、5%と設定)し、β=0(βj=0)という仮定(帰無仮説)の結果、t値が5%の棄却域に入るか否かを、式(8)で求めたt値で検定する。このようにして、
の各成分
の検定を行う。
その後、各測定部位nについてのt検定結果を用いて、信号値Aの時間変化X(t)をカラーマッピングした脳機能イメージング画像(t値マップ)を作成したり、有意チャンネル(有意性のある測定部位n)を表示したりすることになる。これにより、脳活動(脳の変化)があった測定部位nを正確に観察することができる。
Then, the t-test unit sets a significance level (for example, 5%). As a result of an assumption (null hypothesis) that β = 0 (β j = 0), the t-value is set to a rejection range where the t-value is 5%. Whether or not to enter is tested with the t value obtained by equation (8). In this way
Each ingredient
Perform the test.
Then, by using the t-test results for each measurement site n, to create a signal value A n of the time change X n (t) color mapping brain function imaging image (t value map), significant channel (significance Display the measurement site n). Thereby, it is possible to accurately observe the measurement site n where the brain activity (brain change) occurred.

以上のように、本発明の光脳機能イメージング装置によれば、1種類の設定波長の光のみを用いるので、装置構造が複雑にならずかつコストも増大しない。さらに、連立方程式を作成して、オキシヘモグロビンの濃度・光路長積[oxyHb]と、デオキシヘモグロビンの濃度・光路長積[deoxyHb]とを求めることをしないので、光計測方法における照射する光による波長依存性によって生じる問題をなくして、正確な統計的検定を行うことができる。したがって、脳活動(脳の変化)があった測定部位nを正確に観察することができる。 As described above, according to the optical brain functional imaging apparatus of the present invention, since only one type of light having a set wavelength is used, the structure of the apparatus is not complicated and the cost is not increased. Furthermore, it does not create simultaneous equations to calculate the oxyhemoglobin concentration / optical path length product [oxyHb] and deoxyhemoglobin concentration / optical path length product [deoxyHb]. Accurate statistical tests can be performed without the problems caused by dependencies. Therefore, it is possible to accurately observe the measurement site n where the brain activity (brain change) occurred.

(その他の課題を解決するための手段及び効果)
また、本発明の光脳機能イメージング装置は、前記設定波長は、オキシヘモグロビンの分光吸収係数と、デオキシヘモグロビンの分光吸収係数との等吸収点である805nmであるようにしてもよい。
本発明の光脳機能イメージング装置によれば、総ヘモグロビンの濃度・光路長積をカラーマッピングした脳機能イメージング画像を作成することができる。さらに、総ヘモグロビンの濃度・光路長積の変化があった測定部位nを正確に観察することができる。
(Means and effects for solving other problems)
In the optical brain functional imaging apparatus of the present invention, the set wavelength may be 805 nm, which is an isosbestic point between the spectral absorption coefficient of oxyhemoglobin and the spectral absorption coefficient of deoxyhemoglobin.
According to the optical brain functional imaging apparatus of the present invention, it is possible to create a brain functional imaging image in which the total hemoglobin concentration / optical path length product is color-mapped. Furthermore, it is possible to accurately observe the measurement site n in which the total hemoglobin concentration / optical path length product has changed.

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following embodiment, It cannot be overemphasized that various aspects are included in the range which does not deviate from the meaning of this invention.

図1は、本発明の一実施形態である光脳機能イメージング装置の構成を示すブロック図である。光脳機能イメージング装置1は、送受光部11と発光部2と光検出部3と光脳機能イメージング装置1全体の制御を行う制御部(コンピュータ)20とにより構成される。
図2は、送受光部11の一例を示す平面図である。
送受光部11は、11個の送光プローブ12a〜12kと10個の受光プローブ13a〜13jとを有し、送光プローブ12a〜12kと受光プローブ13a〜13jとが行方向及び列方向に交互となるように正方格子状に配置された半球状のものである。なお、送光プローブ12と受光プローブ13との間の最短距離(チャンネル)は、30mmである。また、11個の送光プローブ12a〜12kは、1種類の設定波長(例えば、805nm)の近赤外光を出射するものであり、一方、10個の受光プローブ13a〜13jは、1種類の設定波長(例えば、805nm)の近赤外光の量(強度)を検出するものである。
そして、送受光部11は、被検者の頭部に装着されることになる。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an optical brain function imaging apparatus according to an embodiment of the present invention. The optical brain function imaging apparatus 1 includes a light transmission / reception unit 11, a light emitting unit 2, a light detection unit 3, and a control unit (computer) 20 that controls the entire optical brain function imaging device 1.
FIG. 2 is a plan view illustrating an example of the light transmitting / receiving unit 11.
The light transmitting / receiving unit 11 has 11 light transmitting probes 12a to 12k and 10 light receiving probes 13a to 13j, and the light transmitting probes 12a to 12k and the light receiving probes 13a to 13j are alternately arranged in the row direction and the column direction. The hemispheres are arranged in a square lattice so that The shortest distance (channel) between the light transmitting probe 12 and the light receiving probe 13 is 30 mm. Further, the eleven light transmitting probes 12a to 12k emit near-infrared light of one kind of set wavelength (for example, 805 nm), while the ten light receiving probes 13a to 13j are one kind of light. The amount (intensity) of near infrared light having a set wavelength (for example, 805 nm) is detected.
And the light transmission / reception part 11 will be mounted | worn with a test subject's head.

発光部2は、コンピュータ20から入力された駆動信号により11個の送光プローブ12a〜12kのうちから選択される1個の送光プローブに1種類の設定波長の近赤外光を送光する。なお、本実施形態では、設定波長(例えば、805nm)以外の光を照射する必要がないので、従来の光脳機能イメージング装置のように異なる2種類の波長の近赤外光を送光する構成が設けられていない。
光検出部3は、10個の受光プローブ13a〜13jで受光した1種類の設定波長の近赤外光の強度を検出することにより、測定電圧値Vをコンピュータ20に出力する。なお、各送光プローブ12a〜12kから照射された近赤外光は、隣接する受光プローブ13a〜13j以外の離れた受光プローブ13a〜13jでも検出されるが、ここでは説明を簡単にするため、隣接する受光プローブ13a〜13jのみで検出されることとする。よって、11個全ての送光プローブ12a〜12kから近赤外光が送光されたときには、合計32箇所の測定部位(チャンネル番号1〜32)における測定電圧値Vが得られることとする。
The light emitting unit 2 transmits near-infrared light of one set wavelength to one light transmission probe selected from among the 11 light transmission probes 12a to 12k by a drive signal input from the computer 20. . In the present embodiment, since it is not necessary to irradiate light other than the set wavelength (for example, 805 nm), a configuration for transmitting near-infrared light of two different wavelengths as in the conventional optical brain functional imaging apparatus. Is not provided.
Light detector 3, by detecting the intensity of the near-infrared light of one setting wavelength received by the 10 light receiving probes 13a-13j, and outputs the measured voltage value V n in the computer 20. In addition, although the near-infrared light irradiated from each light transmission probe 12a-12k is detected also in remote light reception probes 13a-13j other than the adjacent light reception probes 13a-13j, here, in order to simplify description, The detection is performed only by the adjacent light receiving probes 13a to 13j. Therefore, when the near infrared light is sending eleven all light transmitting probe 12a~12k, it is assumed that the voltage value measured V n at the measurement site a total of 32 points (channel number 1 to 32) is obtained.

コンピュータ20においては、CPU21を備え、さらに、メモリ25と、モニタ画面23a等を有する表示装置23と、入力装置22であるキーボード22aやマウス22bとが連結されている。
また、CPU21が処理する機能をブロック化して説明すると、発光部2及び光検出部3を制御する送受光部制御部4と、一般線形モデル作成部31と、t値算出部32と、t検定部33とを有する。さらに、メモリ25は、測定した時間tと信号値Aとを記憶する信号値記憶部51を有する。
The computer 20 includes a CPU 21, and further includes a memory 25, a display device 23 having a monitor screen 23 a and the like, and a keyboard 22 a and a mouse 22 b which are input devices 22.
Further, the functions processed by the CPU 21 will be described in the form of blocks. The light transmission / reception unit control unit 4 that controls the light emitting unit 2 and the light detection unit 3, the general linear model creation unit 31, the t value calculation unit 32, and the t test. Part 33. Further, the memory 25 includes a signal value storage unit 51 for storing the measured time t and the signal value A n.

送受光部制御部4は、発光部2に駆動信号を出力する発光制御部42と、光検出部3から測定電圧値Vを受信することにより、信号値Aを信号値記憶部51に記憶させる光検出制御部43とを有する。
発光制御部42は、送光プローブ12に1種類の設定波長の近赤外光を送光させる駆動信号を発光部2に出力する制御を行うものである。例えば、まず、送光プローブ12aに805nmの光を0.15秒間送光させ、次に、送光プローブ12bに805nmの光を0.15秒間送光させるように、送光プローブ12aから送光プローブ12kまで順番に805nmの光を送光させる駆動信号を発光部2に出力する。
光検出制御部43は、光検出部3から測定電圧値Vを受信することにより、式(3)を用いて信号値Aを算出して、信号値Aを信号値記憶部51に記憶させる制御を行うものである。例えば、送光プローブ12aから送光された805nmの光を受光プローブ13a、13dで検出した測定電圧値V、Vを受信し、次に、送光プローブ12bから送光された805nmの光を受光プローブ13a、13b、13eで検出した測定電圧値V、V、Vを受信するように、11個の送光プローブ12a〜12kから送光した805nmの光を受光プローブ13a〜13jで検出した測定電圧値Vを受信する。そして、式(3)を用いて信号値Aを算出して、信号値Aを信号値記憶部51に記憶させる。
=−log(V/Vn0)・・・(3)
ここで、Vは、測定部位nにおいて検出された光の強度を示す測定電圧値であり、Vn0は、測定部位nにおける予め設定された基準電圧値である。
Receiving unit controller 4 transmission includes a light emitting controller 42 for outputting a drive signal to the light-emitting unit 2, by receiving the measured voltage value V n from the light detection unit 3, the signal value A n in the signal value storing unit 51 And a light detection control unit 43 to be stored.
The light emission control unit 42 performs control to output to the light emitting unit 2 a drive signal that causes the light transmission probe 12 to transmit near-infrared light having one set wavelength. For example, first, the light transmission probe 12a transmits light of 805 nm for 0.15 seconds, and then the light transmission probe 12b transmits light of 805 nm for 0.15 seconds. A drive signal for transmitting light of 805 nm in order to the probe 12k is output to the light emitting unit 2.
Light detection control unit 43 by receiving the measured voltage value V n from the light detection unit 3 calculates a signal value A n using Equation (3), the signal value A n in the signal value storing unit 51 The control to memorize is performed. For example, the measurement voltage values V 1 and V 7 obtained by detecting the 805 nm light transmitted from the light transmitting probe 12a by the light receiving probes 13a and 13d are received, and then the 805 nm light transmitted from the light transmitting probe 12b. the light receiving probes 13a, 13b, the measured voltage value V 2 detected by 13e, V 3, to receive the V 9, the probe receives light 805nm was sending eleven light transmitting probe 12A~12k 13a-13j The measured voltage value V n detected in step 1 is received. Then, to calculate the signal values A n using Equation (3), and stores the signal value A n in the signal value storing unit 51.
A n = −log (V n / V n0 ) (3)
Here, V n is a measurement voltage value indicating the intensity of light detected at the measurement site n, and V n0 is a preset reference voltage value at the measurement site n.

一般線形モデル作成部31は、複数の基本関数S(t)(p=1,2,・・,P)と、複数の基本関数S(t)の係数となる偏回帰係数βとを用いた一般線形モデル(GLM)により、信号値Aの時間変化X(t)を、式(1)に示す一般線形モデルY(t)で表現する制御を行うものである。
(t)=β+β(t)+・・+βP−1 P−1(t)+ε・・・(1)
ここで、βは、ベースライン値であり、εは、残差成分(ノイズ成分を集約したもの)である。
The general linear model creation unit 31 includes a plurality of basic functions S p (t) (p = 1, 2,..., P), a partial regression coefficient β p that is a coefficient of the plurality of basic functions S p (t), and the general linear model (GLM) was used, and the time change X n of the signal value a n (t), and performs control to represent by the formula (1) generally show a linear model Y n (t).
Y n (t) = β 0 + β 1 S 1 (t) +. + Β P−1 S P−1 (t) + ε n (1)
Here, β 0 is a baseline value, and ε n is a residual component (aggregation of noise components).

t値算出部32は、下記式(8)に基づいて、偏回帰係数βについて検定を行うためのt値を算出する制御を行うものである。 The t value calculation unit 32 performs control for calculating a t value for performing a test on the partial regression coefficient β p based on the following equation (8).

ここで、cは、コントラストベクトルであり、例えば、
のt値を得たい場合は、c=(0,1,0,0,,,0)となり、
のt値を得たい場合は、c=(0,0,1,0,,,0)となる。
t検定部33は、予め設定した有意水準(5%と設定)に対し、β=0という仮定(帰無仮説)の結果、t値算出部32で算出されたt値が5%の棄却域に入るか否かを検定する演算を行い、各測定部位nについてのt検定結果を用いてt値マップ(tマッピングデータ)を作成するとともに、有意チャンネル(有意性のある測定部位n)を表示する制御を行うものである。
Where c is a contrast vector, for example
C = (0,1,0,0,, 0)
C = (0,0,1,0,., 0) is obtained.
As a result of the assumption that β = 0 (null hypothesis) with respect to a preset significance level (set to 5%), the t-test unit 33 is a rejection area in which the t value calculated by the t value calculation unit 32 is 5%. The t value map (t mapping data) is created using the t test result for each measurement site n, and a significant channel (measurement site n with significance) is displayed. The control which performs is performed.

次に、光脳機能イメージング装置1による計測方法について説明する。図3は、光脳機能イメージング装置1による計測方法の一例について説明するためのフローチャートである。
まず、ステップS101の処理において、披検者の頭蓋表面に送受光部11を配置する。
次に、ステップS102の処理において、発光制御部42及び光検出制御部43は、発光部2に駆動信号を出力するとともに、光検出部3から測定電圧値Vを受信する。
次に、ステップS102の処理において、光検出制御部43は、式(3)を用いて信号値Aを算出して、信号値Aを信号値記憶部51に記憶させる。
Next, a measurement method using the optical brain function imaging apparatus 1 will be described. FIG. 3 is a flowchart for explaining an example of a measurement method by the optical brain function imaging apparatus 1.
First, in the process of step S101, the light transmitting / receiving unit 11 is disposed on the surface of the examiner's skull.
Next, in the process of step S < b > 102, the light emission control unit 42 and the light detection control unit 43 output a drive signal to the light emission unit 2 and receive the measured voltage value Vn from the light detection unit 3.
Next, in the process of step S < b > 102, the light detection control unit 43 calculates the signal value An using Expression (3), and stores the signal value An in the signal value storage unit 51.

次に、ステップS104の処理において、一般線形モデル作成部31は、複数の基本関数S(t)(p=1,2,・・,P−1)と、複数の基本関数S(t)の係数となる偏回帰係数βとを用いた一般線形モデル(GLM)により、信号値Aの時間変化X(t)を、式(1)に示す一般線形モデルY(t)で表現する。
次に、ステップS105の処理において、t値算出部32は、式(8)に基づいて、偏回帰係数βについて検定を行うためのt値を算出する。
次に、ステップS106の処理において、t検定部33は、予め設定した有意水準(5%と設定)に対し、β=0という仮定(帰無仮説)の結果、t値算出部32で算出されたt値が5%の棄却域に入るか否かを検定する演算を行い、各測定部位nについてのt検定結果を用いてt値マップ(tマッピングデータ)を作成するとともに、有意チャンネル(有意性のある測定部位n)を表示する。
最後に、ステップS106の処理が終了したときには、本フローチャートを終了させる。
Next, in the process of step S104, the general linear model creation unit 31 includes a plurality of basic functions S p (t) (p = 1, 2,..., P−1) and a plurality of basic functions S p (t ) By using a general linear model (GLM) using a partial regression coefficient β p that is a coefficient of), a time change X n (t) of the signal value An is expressed by a general linear model Y n (t) shown in the equation (1). It expresses with.
Next, in the process of step S105, the t value calculation unit 32 calculates a t value for performing a test on the partial regression coefficient β p based on the equation (8).
Next, in the process of step S106, the t-test unit 33 is calculated by the t-value calculating unit 32 as a result of an assumption (null hypothesis) that β = 0 with respect to a preset significance level (set to 5%). In addition, a calculation is performed to test whether or not the t value falls within the 5% rejection range, and a t value map (t mapping data) is created using the t test result for each measurement site n, and a significant channel (significant) Display the measurement site n).
Finally, when the process of step S106 is completed, this flowchart is ended.

以上のように、光脳機能イメージング装置1によれば、オペレータは、各測定部位nのt値分布、有意か否かの判定結果を確認することができる。また、1種類の設定波長の光のみを用いるので、装置構造が複雑にならずかつコストも増大しない。さらに、連立方程式を作成して、オキシヘモグロビンの濃度・光路長積[oxyHb]と、デオキシヘモグロビンの濃度・光路長積[deoxyHb]とを求めることをしないので、光計測方法における照射する光による波長依存性によって生じる問題をなくして、正確な統計的検定を行うことができる。したがって、総ヘモグロビンの濃度・光路長積の変化があった測定部位nを正確に観察することができる。 As described above, according to the optical brain function imaging apparatus 1, the operator can confirm the t value distribution of each measurement site n and the determination result as to whether it is significant. Also, since only one type of light having a set wavelength is used, the apparatus structure is not complicated and the cost is not increased. Furthermore, it does not create simultaneous equations to calculate the oxyhemoglobin concentration / optical path length product [oxyHb] and deoxyhemoglobin concentration / optical path length product [deoxyHb]. Accurate statistical tests can be performed without the problems caused by dependencies. Therefore, it is possible to accurately observe the measurement site n where the total hemoglobin concentration / optical path length product has changed.

(他の実施形態)
(1)上述した光脳機能イメージング装置1では、11個の送光プローブ12a〜12kと10個の受光プローブ13a〜13jとを有する送受光部11を示したが、異なる数、例えば9個の送光プローブと9個の受光プローブとを有する送受光部としてもよい。
(2)上述した光脳機能イメージング装置1では、A=−log(V/Vn0)を用いて信号値を算出する構成を示したが、A=V/Vn0を用いて信号値を算出する構成としてもよい。
(Other embodiments)
(1) In the optical brain functional imaging apparatus 1 described above, the light transmitting / receiving unit 11 having 11 light transmitting probes 12a to 12k and 10 light receiving probes 13a to 13j is shown. It is good also as a light transmission / reception part which has a light transmission probe and nine light reception probes.
(2) In the optical brain functional imaging apparatus 1 described above, the configuration in which the signal value is calculated using A n = −log (V n / V n0 ) has been shown, but A n = V n / V n0 is used. The signal value may be calculated.

本発明は、一般線形モデルを用いた統計的検定により信号値の時間変化を解析して計測する光脳機能イメージング装置に利用することができる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for an optical brain functional imaging apparatus that analyzes and measures a time change of a signal value by a statistical test using a general linear model.

本発明の一実施形態である光脳機能イメージング装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the optical brain functional imaging apparatus which is one Embodiment of this invention. 送受光部の一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of a light transmission / reception part. 光脳機能イメージング装置1による計測方法の一例について説明するためのフローチャートである。5 is a flowchart for explaining an example of a measurement method by the optical brain function imaging apparatus 1; オキシヘモグロビンとデオキシヘモグロビンとの分光吸収係数を示すグラフである。It is a graph which shows the spectral absorption coefficient of oxyhemoglobin and deoxyhemoglobin.

符号の説明Explanation of symbols

1:光脳機能イメージング装置
2:発光部
4:送受光部制御部
11:送受光部
12:送光プローブ
13:受光プローブ
31:一般線形モデル作成部
32:t値算出部
33:t検定部
1: optical brain functional imaging device 2: light emitting unit 4: light transmitting / receiving unit control unit 11: light transmitting / receiving unit 12: light transmitting probe 13: light receiving probe 31: general linear model creation unit 32: t value calculation unit 33: t test unit

Claims (2)

被検者の頭蓋表面に配置される複数個の送光プローブ、当該頭蓋表面に配置される複数個の受光プローブからなる送受光部と、
前記送光プローブは頭蓋表面に光を照射するとともに、前記受光プローブは頭蓋表面から放出される光の強度を検出するように制御することで、前記被検者の脳表面のN箇所の測定部位における脳活動に関する信号値A(n=1,2,・・,N)の時間変化X(t)をそれぞれ得る送受光部制御部と、
複数の基本関数S(t)(p=1,2,・・,P−1)と、複数の基本関数S(t)の係数となる偏回帰係数βとを用いた一般線形モデル(GLM)により、信号値Aの時間変化X(t)を、下記式(1)に示す一般線形モデルY(t)で表現する一般線形モデル作成部と、
一般線形モデルY(t)における偏回帰係数βについて検定を行うためのt値を算出するt値算出部と、
算出されたt値に基づいて、一般線形モデルY(t)の有意性を検定するt検定部とを備える光脳機能イメージング装置であって、
信号値Aは、下記式(2)に示す電圧値比、又は、下記式(3)に示す吸光度であり、
1種類の設定波長の光を送光プローブに送光する発光部を備え、
前記送受光部制御部は、前記発光部によって送光プローブから1種類の設定波長の光を頭蓋表面に照射させて、前記受光プローブで1種類の設定波長の光の強度を検出させることで、信号値Aの時間変化X(t)を得ることを特徴とする光脳機能イメージング装置。
(t)=β+β(t)+・・+βP−1 P−1(t)+ε・・・(1)
ここで、βは、ベースライン値であり、εは、残差成分である。
=V/Vn0・・・(2)
=−log(V/Vn0)・・・(3)
ここで、Vは、測定部位nにおいて検出された光の強度を示す測定電圧値であり、Vn0は、測定部位nにおける予め設定された基準電圧値である。
A plurality of light transmission / reception probes arranged on the surface of the subject's skull, a light transmission / reception unit comprising a plurality of light reception probes arranged on the surface of the skull,
The light-transmitting probe irradiates light on the surface of the skull, and the light-receiving probe is controlled so as to detect the intensity of light emitted from the surface of the skull, so that N measurement sites on the brain surface of the subject can be obtained. A transmitter / receiver controller that obtains time changes X n (t) of signal values A n (n = 1, 2,..., N) relating to brain activity in
General linear model using a plurality of basic functions S p (t) (p = 1, 2,..., P−1) and a partial regression coefficient β p that is a coefficient of the plurality of basic functions S p (t) the (GLM), the time change X n of the signal value a n (t), and the general linear modeling unit to represent the general linear model Y n (t) represented by the following formula (1),
A t value calculation unit for calculating a t value for performing a test on the partial regression coefficient β p in the general linear model Y n (t);
An optical brain functional imaging apparatus comprising: a t-test unit that tests the significance of the general linear model Y n (t) based on the calculated t-value;
The signal value An is a voltage value ratio shown in the following formula (2) or an absorbance shown in the following formula (3).
A light emitting unit that transmits light of one type of setting wavelength to the light transmitting probe,
The light transmitting / receiving unit control unit causes the light emitting unit to irradiate the skull surface with light of one type of setting wavelength from the light transmitting probe, and causes the light receiving probe to detect the intensity of light of one type of setting wavelength, light brain function imaging apparatus, characterized in that the time change X to obtain n (t) is the signal value a n.
Y n (t) = β 0 + β 1 S 1 (t) +. + Β P−1 S P−1 (t) + ε n (1)
Here, β 0 is a baseline value, and ε n is a residual component.
A n = V n / V n0 (2)
A n = −log (V n / V n0 ) (3)
Here, V n is a measurement voltage value indicating the intensity of light detected at the measurement site n, and V n0 is a preset reference voltage value at the measurement site n.
前記設定波長は、オキシヘモグロビンの分光吸収係数と、デオキシヘモグロビンの分光吸収係数との等吸収点である805nmであることを特徴とする請求項1に記載の光脳機能イメージング装置。 2. The optical brain functional imaging apparatus according to claim 1, wherein the set wavelength is 805 nm, which is an isosbestic point between a spectral absorption coefficient of oxyhemoglobin and a spectral absorption coefficient of deoxyhemoglobin.
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