JP2015100410A - Brain function measurement instrument and brain function measurement method - Google Patents
Brain function measurement instrument and brain function measurement method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2015100410A JP2015100410A JP2013241119A JP2013241119A JP2015100410A JP 2015100410 A JP2015100410 A JP 2015100410A JP 2013241119 A JP2013241119 A JP 2013241119A JP 2013241119 A JP2013241119 A JP 2013241119A JP 2015100410 A JP2015100410 A JP 2015100410A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- probe
- brain function
- light irradiation
- unit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000003925 brain function Effects 0.000 title claims abstract description 45
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title abstract description 82
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 100
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 31
- 239000000523 sample Substances 0.000 abstract description 232
- 230000006870 function Effects 0.000 description 18
- 210000004556 brain Anatomy 0.000 description 16
- 101000635938 Homo sapiens Transforming growth factor beta-1 proprotein Proteins 0.000 description 5
- 102100030742 Transforming growth factor beta-1 proprotein Human genes 0.000 description 5
- JRWJPZLRGAHOTB-YZWQYETPSA-N (2s)-n-[(2s)-2-[[2-[[(2r)-2-[[(2s)-2-amino-3-(4-hydroxyphenyl)propanoyl]amino]propanoyl]amino]acetyl]amino]-3-phenylpropanoyl]-2-[2-[[(2s)-2-[[(2s)-2-[[2-[[(2r)-2-[[(2s)-2-amino-3-(4-hydroxyphenyl)propanoyl]amino]propanoyl]amino]acetyl]amino]-3-phenylprop Chemical compound C([C@@H](C(=O)N[C@@H](CC(C)C)C(=O)NCCN[C@@H](CC(C)C)C(=O)NC(=O)[C@H](CC=1C=CC=CC=1)NC(=O)CNC(=O)[C@@H](C)NC(=O)[C@@H](N)CC=1C=CC(O)=CC=1)NC(=O)CNC(=O)[C@@H](C)NC(=O)[C@@H](N)CC=1C=CC(O)=CC=1)C1=CC=CC=C1 JRWJPZLRGAHOTB-YZWQYETPSA-N 0.000 description 4
- 102100029910 DNA polymerase epsilon subunit 2 Human genes 0.000 description 4
- 101150108288 DPE1 gene Proteins 0.000 description 4
- 101000864190 Homo sapiens DNA polymerase epsilon subunit 2 Proteins 0.000 description 4
- 238000004497 NIR spectroscopy Methods 0.000 description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 4
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 3
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
Abstract
Description
本発明は、生体医工学等の分野で活用される脳機能計測装置及び脳機能計測方法に関するものである。 The present invention relates to a brain function measuring device and a brain function measuring method used in fields such as biomedical engineering.
これまで、生体内部の機能を示す情報を得るために種々の装置及び方法が考案されており、例えば特許文献1には同文献の図3に示された光ファイバ束14を用いた光計測装置及び光計測方法が開示されている。
Various devices and methods have been devised so far to obtain information indicating functions inside the living body. For example,
脳機能の計測に当たってはプローブが使用されるが、通常は図7に示されるように光源専用とされる光照射プローブPEと検出専用とされる光検出プローブPDとが30mm間隔で繰り返すような空間パターンで頭部に配置され、隣接する光照射プローブPEと光検出プローブPDの中間点における多数の計測点(以下「チャンネル」ともいう。)Mにおいて光学的な計測がなされてきた。 A probe is used for measuring the brain function. Usually, as shown in FIG. 7, a space in which a light irradiation probe PE dedicated to a light source and a light detection probe PD dedicated to detection repeat at 30 mm intervals. Optical measurement has been performed at a large number of measurement points (hereinafter also referred to as “channels”) M, which are arranged on the head in a pattern and are located at intermediate points between adjacent light irradiation probes PE and light detection probes PD.
しかし、光照射プローブPEと光検出プローブPDをこのように配置した場合には、計測点Mにより30mm四方間隔の空間密度でしかデータを計測(サンプリング)できないため、仮に脳機能の賦活が計測点Mの間の位置で生じた場合には、検知漏れを招来する。 However, when the light irradiation probe PE and the light detection probe PD are arranged in this way, data can be measured (sampling) only at a spatial density of 30 mm square intervals from the measurement point M, so that activation of the brain function is temporarily measured. When it occurs at a position between M, a detection omission is caused.
また、このような不都合を回避するためには、図8に示されるように、近赤外線分光法による脳機能賦活検出の理論的空間分解能である約15mm間隔で光照射プローブPEと光検出プローブPDを配置するいわゆる倍密度配置法が考えられるものの、本手法では同一面積に対して計測を行うにあたり必要とされる光照射プローブPE及び光検出プローブPDの数が図7に示された配置法に比して二倍となるため、被験者への装着の手間や時間がかかり、また光照射プローブPE及び光検出プローブPDや、これらと計測端末とを結ぶワイヤ等により被験者に大きな負荷もかかるといった問題がある。 In order to avoid such inconvenience, as shown in FIG. 8, the light irradiation probe PE and the light detection probe PD are spaced at intervals of about 15 mm, which is the theoretical spatial resolution of brain function activation detection by near infrared spectroscopy. In this method, the number of the light irradiation probes PE and the light detection probes PD required for measuring the same area is the same as the arrangement method shown in FIG. Since it is twice as much, it takes time and effort to attach to the subject, and the subject is subject to a heavy load due to the light irradiation probe PE and the light detection probe PD, and the wire connecting these to the measurement terminal. There is.
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、より少ない数のプローブ等の探知手段によって効率的な脳機能の計測を実現し、被験者に対する負荷を軽減するための装置及び方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and realizes an efficient measurement of brain function by a detecting means such as a smaller number of probes, and an apparatus for reducing the load on the subject. It aims to provide a method.
上記課題を解決するために、本発明は、一体的に形成された光照射部と光検出部を有し、上記光照射部と上記光検出部とが選択的に動作する複数の探知手段を被験者の頭部へ規則的に配置し、いずれの時刻においても、上記光照射部から照射された光を検出する全ての上記光検出部が、隣接する一つの探知手段に含まれた上記光照射部から照射された光だけを検出するよう各々の探知手段に含まれた上記光照射部と上記光検出部を選択的に動作させ、上記光検出部で検出された光の強度を計測する脳機能計測手段を提供するものである。 In order to solve the above-described problems, the present invention includes a plurality of detection means having a light irradiation unit and a light detection unit that are integrally formed, and wherein the light irradiation unit and the light detection unit are selectively operated. All the light detection units that are regularly arranged on the head of the subject and detect light emitted from the light irradiation unit at any time are included in one adjacent detection means. A brain that selectively operates the light irradiating unit and the light detecting unit included in each detection means so as to detect only the light emitted from the unit, and measures the intensity of the light detected by the light detecting unit A function measuring means is provided.
本発明によれば、より少ない数のプローブ等の探知手段によって効率的な脳機能の計測を実現し、被験者に対する負荷を軽減できる脳機能計測装置及び脳機能計測方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a brain function measuring device and a brain function measuring method capable of realizing efficient brain function measurement with a smaller number of detection means such as probes and reducing the load on the subject.
以下において、本発明に係る実施の形態を図面を参照しつつ詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一又は相等部分を示す。 Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or equivalent parts.
図1は、本発明の実施の形態に係る脳機能計測装置1の構成を示すブロック図である。図1に示されるように、脳機能計測装置1は計測端末2と検知部3とを備え、計測端末2は制御部10、データ計測部11、記憶部12、操作部13、表示部14、及び光源部15を含む。そして、検知部3と光源部15とは光照射用ワイヤ5により接続され、検知部3とデータ計測部11とはデータ用ワイヤ7により接続される。なお、光照射用ワイヤ5及びデータ用ワイヤ7は、後述するように検知部3に配置された複数の二分岐型プローブTPに対応するものとされる。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a brain
ここで、制御部10はデータ計測部11、記憶部12、操作部13、表示部14、及び光源部15に接続され、記憶部12はデータ計測部11及び表示部14に接続される。また、表示部14は操作部13にも接続される。
Here, the
一方、検知部3には図2に示された二分岐型プローブTPが複数含まれる。この二分岐型プローブTPは、図2に示されるように、光照射プローブPEと光検出プローブPDとで一体的なワイヤを形成すると共に、被験者の頭部にあてがう先端部分においては光照射プローブPEと光検出プローブPDとが二分岐した構成を有する。また、光照射プローブPEの他端は光照射用ワイヤ5を介して光源部15に接続され、光検出プローブPDの他端はデータ用ワイヤ7を介してデータ計測部11に接続される。
On the other hand, the
そして、一対の上記二分岐型プローブTPにおいて、一方の二分岐型プローブTPに含まれた光照射プローブPEの先端から被験者の頭部へ近赤外線を含む光が照射され、他方の二分岐型プローブTPに含まれた光検出プローブPDの先端において該頭部からの光が検出されることにより、機能的近赤外線分光法(functional near-infrared spectroscopy:fNIRS)を利用した脳機能の計測が実現される。 Then, in the pair of the two-branch probes TP, light including near infrared rays is irradiated from the tip of the light irradiation probe PE included in one of the two-branch probes TP to the head of the subject, and the other two-branch probe Measurement of brain function using functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) is realized by detecting the light from the head at the tip of the light detection probe PD included in the TP. The
上記のような構成を有する脳機能計測装置1において、制御部10はユーザーによる操作部13の操作により選択された動作を実行すべく、複数の光照射プローブPEに対して選択的に光を照射させるよう光源部15をスイッチングすると共に、複数の光検出プローブPDで受光された光の強度を選択的に計測するようデータ計測部11を制御する。なお、制御部10による光照射プローブPE及び光検出プローブPDの選択的な制御については、後に詳しく説明する。
In the brain
また、制御部10はユーザーによる操作部13の操作に応じて、データ計測部11で計測された上記光の強度を記憶部12に記憶させ、記憶部12に記憶された上記光の強度等のデータを表示部14に表示させる。なお、制御部10は上記操作に応じて表示部14の表示を制御することができ、操作部13は上記操作に応じて表示部14の表示機能を調整することができる。
Further, the
以下において、図3を参照しつつ、制御部10による光照射プローブPE及び光検出プローブPDの選択的な制御について詳しく説明する。
Hereinafter, the selective control of the light irradiation probe PE and the light detection probe PD by the
図3(a)に示されるように、複数の上記二分岐型プローブTPは検知部3において六方最密充填配置をなし、本配置により隣接する二分岐型プローブTPの各中点が被験者の脳機能を計測するための計測点Mとされる。
As shown in FIG. 3 (a), the plurality of bifurcated probes TP are arranged in a hexagonal close-packed arrangement in the
ここで、上記のように隣接する二分岐型プローブTPの中点を計測点Mとすると、仮に本プローブを30mm間隔で図7に示されるように単純正方格子状に配置した場合には、計測点M間の距離は約21mmとなる。これに対し、二分岐型プローブTPを図4に示すように30mm間隔の六方最密充填により配置した場合には、計測点M間の距離は15mmに短縮することができる。 Here, assuming that the midpoint of the adjacent bifurcated probe TP is the measurement point M as described above, if this probe is arranged in a simple square lattice pattern at intervals of 30 mm as shown in FIG. The distance between the points M is about 21 mm. On the other hand, when the bifurcated probe TP is disposed by hexagonal close-packing at intervals of 30 mm as shown in FIG. 4, the distance between the measurement points M can be shortened to 15 mm.
制御部10は、このように六方最密充填配置された各二分岐型プローブTPにおける光照射プローブPE及び光検出プローブPDを選択的に動作させる。
The
すなわち、制御部10は、光照射プローブPEから光を照射する二分岐型プローブTPにおいては、上記光照射プローブPEと対をなす光検出プローブPDによる光の検出を同時に行わないよう二分岐型プローブTPを制御し、いずれの時刻においても、光照射プローブPEから照射された光を検出する全ての光検出プローブPDが、隣接する一つの二分岐型プローブTPに含まれた光照射プローブPEから照射された光だけを検出するよう各々の二分岐型プローブTPに含まれた光照射プローブPE及び光検出プローブPDを選択的に動作させる。
That is, in the two-branch probe TP that emits light from the light irradiation probe PE, the
以下において、図3(a)に示された6個の二分岐型プローブTPを対象とした制御部10による上記制御の一例を具体的に説明する。なお、本制御は各計測点Mで計測されるデータに混信が生じることを防ぐため、データ計測部11に対して光検出プローブPDで検出された光の強度を計測点M毎に異なる時刻において計測させるという時間割り付け方式(Time Division Multiple Access:TDMA)が採用されている。
In the following, an example of the above control by the
時刻Tにおいては、図3(b)に示されるように、制御部10は黒丸で示された二分岐型プローブTP2〜TP5では光検出プローブPDを選択的に動作させて光を検出させ、白丸で示された二分岐型プローブTP1,TP6では光照射プローブPEを選択的に動作させて光を照射させる。
At time T, as shown in FIG. 3B, the
これによって、二分岐型プローブTP2,TP3は二分岐型プローブTP1から照射された光を検出することにより、二分岐型プローブTP1と二分岐型プローブTP2との中間及び二分岐型プローブTP1と二分岐型プローブTP3との中間に位置する二つの計測点Mにおける被験者の脳の機能を計測する。また同様に、二分岐型プローブTP4,TP5は二分岐型プローブTP6から照射された光を検出することにより、二分岐型プローブTP6と二分岐型プローブTP4との中間及び二分岐型プローブTP6と二分岐型プローブTP5との中間に位置する二つの計測点Mにおける被験者の脳の機能を計測する。なお、二分岐型プローブTP4及び二分岐型プローブTP5においては、二分岐型プローブTP1から遠く離れているため、二分岐型プローブTP1から照射された光は検出されない。また同様に、二分岐型プローブTP2及び二分岐型プローブTP3においては、二分岐型プローブTP6から照射された光は検出されない。 As a result, the bifurcated probes TP2 and TP3 detect the light emitted from the bifurcated probe TP1, thereby intermediate the bifurcated probe TP1 and the bifurcated probe TP2 and the bifurcated probe TP1 and bifurcated. The function of the subject's brain at two measurement points M located in the middle of the probe TP3 is measured. Similarly, the bifurcated probes TP4 and TP5 detect the light emitted from the bifurcated probe TP6, so that they are intermediate between the bifurcated probe TP6 and the bifurcated probe TP4 and the bifurcated probes TP6 and TP5. The function of the subject's brain at two measurement points M located in the middle of the branching probe TP5 is measured. Note that the light emitted from the bifurcated probe TP1 is not detected in the bifurcated probe TP4 and the bifurcated probe TP5 because they are far from the bifurcated probe TP1. Similarly, in the two-branch probe TP2 and the two-branch probe TP3, the light emitted from the two-branch probe TP6 is not detected.
次に、時間Tだけ経過した後の時刻2Tにおいては、図3(c)に示されるように、制御部10は二分岐型プローブTP1,TP3,TP4では光検出プローブPDを選択的に動作させて光を検出させ、二分岐型プローブTP2では光照射プローブPEを選択的に動作させて光を照射させる。
Next, at time 2T after the lapse of time T, as shown in FIG. 3C, the
これによって、二分岐型プローブTP1,TP3,TP4は二分岐型プローブTP2から照射された光を検出することにより、二分岐型プローブTP2と二分岐型プローブTP1との中間、二分岐型プローブTP2と二分岐型プローブTP3との中間、及び二分岐型プローブTP2と二分岐型プローブTP4との中間に位置する三つの計測点Mにおける被験者の脳の機能を計測する。 As a result, the bifurcated probes TP1, TP3, TP4 detect the light emitted from the bifurcated probe TP2, thereby providing an intermediate between the bifurcated probe TP2 and the bifurcated probe TP1, The function of the subject's brain is measured at three measurement points M located in the middle of the bifurcated probe TP3 and in the middle of the bifurcated probe TP2 and the bifurcated probe TP4.
次に、さらに時間Tだけ経過した後の時刻3Tにおいては、図3(d)に示されるように、制御部10は二分岐型プローブTP1,TP2,TP4,TP5では光検出プローブPDを選択的に動作させて光を検出させ、二分岐型プローブTP3では光照射プローブPEを選択的に動作させて光を照射させる。
Next, at time 3T after the elapse of time T, as shown in FIG. 3D, the
これによって、二分岐型プローブTP1,TP2,TP4,TP5は二分岐型プローブTP3から照射された光を検出することにより、二分岐型プローブTP3と二分岐型プローブTP1との中間、二分岐型プローブTP3と二分岐型プローブTP2との中間、二分岐型プローブTP3と二分岐型プローブTP4との中間、及び二分岐型プローブTP3と二分岐型プローブTP5との中間に位置する四つの計測点Mにおける被験者の脳の機能を計測する。 As a result, the bifurcated probes TP1, TP2, TP4, and TP5 detect the light emitted from the bifurcated probe TP3, so that they are intermediate between the bifurcated probe TP3 and the bifurcated probe TP1. At four measurement points M located between TP3 and the bifurcated probe TP2, between the bifurcated probe TP3 and the bifurcated probe TP4, and between the bifurcated probe TP3 and the bifurcated probe TP5 Measure the function of the subject's brain.
次に、さらに時間Tだけ経過した後の時刻4Tにおいては、図3(e)に示されるように、制御部10は二分岐型プローブTP2,TP3,TP5,TP6では光検出プローブPDを選択的に動作させて光を検出させ、二分岐型プローブTP4では光照射プローブPEを選択的に動作させて光を照射させる。
Next, at time 4T after the elapse of time T, as shown in FIG. 3E, the
これによって、二分岐型プローブTP2,TP3,TP5,TP6は二分岐型プローブTP4から照射された光を検出することにより、二分岐型プローブTP4と二分岐型プローブTP2との中間、二分岐型プローブTP4と二分岐型プローブTP3との中間、二分岐型プローブTP4と二分岐型プローブTP5との中間、及び二分岐型プローブTP4と二分岐型プローブTP6との中間に位置する四つの計測点Mにおける被験者の脳の機能を計測する。 As a result, the bifurcated probes TP2, TP3, TP5, and TP6 detect the light emitted from the bifurcated probe TP4, so that they are intermediate between the bifurcated probe TP4 and the bifurcated probe TP2, and the bifurcated probe TP2. At four measurement points M located in the middle of TP4 and the bifurcated probe TP3, in the middle of the bifurcated probe TP4 and the bifurcated probe TP5, and in the middle of the bifurcated probe TP4 and the bifurcated probe TP6 Measure the function of the subject's brain.
次に、さらに時間Tだけ経過した後の時刻5Tにおいては、図3(f)に示されるように、制御部10は二分岐型プローブTP3,TP4,TP6では光検出プローブPDを選択的に動作させて光を検出させ、二分岐型プローブTP5では光照射プローブPEを選択的に動作させて光を照射させる。
Next, at time 5T after the elapse of time T, as shown in FIG. 3 (f), the
これによって、二分岐型プローブTP3,TP4,TP6は二分岐型プローブTP5から照射された光を検出することにより、二分岐型プローブTP5と二分岐型プローブTP3との中間、二分岐型プローブTP5と二分岐型プローブTP4との中間、及び二分岐型プローブTP5と二分岐型プローブTP6との中間に位置する三つの計測点Mにおける被験者の脳の機能を計測する。 Thus, the bifurcated probes TP3, TP4, and TP6 detect the light emitted from the bifurcated probe TP5, so that the intermediate between the bifurcated probe TP5 and the bifurcated probe TP3, the bifurcated probe TP5, The function of the subject's brain is measured at three measurement points M located in the middle of the bifurcated probe TP4 and in the middle of the bifurcated probe TP5 and the bifurcated probe TP6.
以上のような図3(b)〜(f)に示された制御部10による二分岐型プローブTPの制御をまとめると図3(g)のように図示できる。ここで、図中の数字は、時刻T〜時刻5Tにおいて計測される計測点Mの順序を、当該計測点Mの位置に記したものである。
The control of the bifurcated probe TP by the
図3(g)によれば、隣接する二分岐型プローブTPの中間に位置する各計測点Mでは、上記時刻5Tまでの間にそれぞれ二回ずつ光の強度が計測されることがわかる。 According to FIG. 3 (g), it can be seen that at each measurement point M located in the middle of the adjacent bifurcated probe TP, the light intensity is measured twice until the time 5T.
ここで、図3に示された上記制御法と対比するため、従来の光照射プローブ及び光検出プローブが単純正方格子状に配置された場合における計測法について図5を参照しつつ説明する。 Here, for comparison with the control method shown in FIG. 3, a measurement method in the case where the conventional light irradiation probe and the light detection probe are arranged in a simple square lattice will be described with reference to FIG.
図5(a)は、従来の光照射プローブ及び光検出プローブが単純正方格子状に配置された場合の一例を示したものであり、白丸で示された光照射プローブPE1,PE2,PE3と黒丸で示された光検出プローブPD1,PD2,PD3が単純正方格子状に交互に配置される。 FIG. 5 (a) shows an example of a conventional light irradiation probe and light detection probe arranged in a simple square lattice shape. Light irradiation probes PE1, PE2, PE3 and black circles indicated by white circles are shown. The photodetection probes PD1, PD2, PD3 indicated by are alternately arranged in a simple square lattice pattern.
そして時刻Tにおいては、図5(b)に示されるように、光検出プローブPD1,PD2は光照射プローブPE1から照射された光を検出することにより、光照射プローブPE1と光検出プローブPD1との中間、及び光照射プローブPE1と光検出プローブPD2との中間に位置する二つの計測点Mにおける被験者の脳の機能を計測する。 At time T, as shown in FIG. 5 (b), the light detection probes PD1 and PD2 detect the light emitted from the light irradiation probe PE1 to thereby detect the light irradiation probe PE1 and the light detection probe PD1. The function of the brain of the subject is measured at two measurement points M located between the light irradiation probe PE1 and the light detection probe PD2.
次に、時間T経過後の時刻2Tにおいては、図5(c)に示されるように、光検出プローブPD1,PD2,PD3は光照射プローブPE2から照射された光を検出することにより、光照射プローブPE2と光検出プローブPD1との中間、光照射プローブPE2と光検出プローブPD2との中間、及び光照射プローブPE2と光検出プローブPD3との中間に位置する三つの計測点Mにおける被験者の脳の機能を計測する。 Next, at time 2T after the elapse of time T, as shown in FIG. 5C, the light detection probes PD1, PD2, and PD3 detect light emitted from the light irradiation probe PE2, thereby irradiating light. The brain of the subject at three measurement points M located between the probe PE2 and the light detection probe PD1, between the light irradiation probe PE2 and the light detection probe PD2, and between the light irradiation probe PE2 and the light detection probe PD3. Measure function.
そして、さらに時間T経過後の時刻3Tにおいては、図5(d)に示されるように、光検出プローブPD2,PD3は光照射プローブPE3から照射された光を検出することにより、光照射プローブPE3と光検出プローブPD2との中間、及び光照射プローブPE3と光検出プローブPD3との中間に位置する二つの計測点Mにおける被験者の脳の機能を計測する。 Further, at time 3T after the elapse of time T, as shown in FIG. 5D, the light detection probes PD2 and PD3 detect the light irradiated from the light irradiation probe PE3 to thereby detect the light irradiation probe PE3. The function of the subject's brain is measured at two measurement points M located between the light detection probe PD2 and between the light irradiation probe PE3 and the light detection probe PD3.
以上のような図5(b)〜(d)に示された制御法をまとめると図5(e)のように図示できる。ここで、図中の数字は、時刻T〜時刻3Tにおいて計測される計測点Mの順序を、当該計測点Mの位置に記したものである。 The control methods shown in FIGS. 5B to 5D can be summarized as shown in FIG. 5E. Here, the numbers in the figure indicate the order of the measurement points M measured from time T to time 3T at the positions of the measurement points M.
図5(e)によれば、隣接するプローブの中間に位置する各計測点Mでは、上記時刻3Tまでの間にそれぞれ一回光の強度が計測されることがわかる。 According to FIG. 5 (e), it can be seen that at each measurement point M located in the middle of adjacent probes, the light intensity is measured once until the time 3T.
同様に、従来の光照射プローブ及び光検出プローブが倍密度正方格子状に配置された場合における計測法について図6を参照しつつ説明する。 Similarly, a measurement method in the case where conventional light irradiation probes and light detection probes are arranged in a double-density square lattice will be described with reference to FIG.
図6(a)は、従来の光照射プローブ及び光検出プローブが倍密度正方格子状に配置された場合の一例を示したものであり、白丸で示された光照射プローブPE1,DPE1,PE2,DPE2,PE3と黒丸で示された光検出プローブPD1,DPD1,PD2,DPD2,PD3が倍密度正方格子状に交互に配置される。 FIG. 6A shows an example of a conventional light irradiation probe and light detection probe arranged in a double-density square lattice, and light irradiation probes PE1, DPE1, PE2, indicated by white circles. The light detection probes PD1, DPD1, PD2, DPD2, and PD3 indicated by black circles DPE2 and PE3 are alternately arranged in a double-density square lattice pattern.
そして時刻Tにおいては、図6(b)に示されるように、光検出プローブPD1,PD2は光照射プローブPE1から照射された光を検出することにより、光照射プローブPE1と光検出プローブPD1との中間、及び光照射プローブPE1と光検出プローブPD2との中間に位置する二つの計測点Mにおける被験者の脳の機能を計測する。 At time T, as shown in FIG. 6 (b), the light detection probes PD1 and PD2 detect the light emitted from the light irradiation probe PE1, so that the light irradiation probe PE1 and the light detection probe PD1 The function of the brain of the subject is measured at two measurement points M located between the light irradiation probe PE1 and the light detection probe PD2.
次に、時間T経過後の時刻2Tにおいては、図6(c)に示されるように、光検出プローブPD1,PD2,PD3は光照射プローブPE2から照射された光を検出することにより、光照射プローブPE2と光検出プローブPD1との中間、光照射プローブPE2と光検出プローブPD2との中間、及び光照射プローブPE2と光検出プローブPD3との中間に位置する三つの計測点Mにおける被験者の脳の機能を計測する。 Next, at the time 2T after the elapse of the time T, as shown in FIG. 6C, the light detection probes PD1, PD2, and PD3 detect the light emitted from the light irradiation probe PE2, thereby irradiating the light. The brain of the subject at three measurement points M located between the probe PE2 and the light detection probe PD1, between the light irradiation probe PE2 and the light detection probe PD2, and between the light irradiation probe PE2 and the light detection probe PD3. Measure function.
そして、さらに時間T経過後の時刻3Tにおいては、図6(d)に示されるように、光検出プローブPD2,PD3は光照射プローブPE3から照射された光を検出することにより、光照射プローブPE3と光検出プローブPD2との中間、及び光照射プローブPE3と光検出プローブPD3との中間に位置する二つの計測点Mにおける被験者の脳の機能を計測する。 Further, at time 3T after the elapse of time T, as shown in FIG. 6D, the light detection probes PD2 and PD3 detect the light emitted from the light irradiation probe PE3, so that the light irradiation probe PE3. The function of the subject's brain is measured at two measurement points M located between the light detection probe PD2 and between the light irradiation probe PE3 and the light detection probe PD3.
さらに時間T経過後の時刻4Tにおいては、図6(e)に示されるように、光検出プローブDPD1,DPD2は光照射プローブDPE1から照射された光を検出することにより、光照射プローブDPE1と光検出プローブDPD1との中間、及び光照射プローブDPE1と光検出プローブDPD2との中間に位置する二つの計測点Mにおける被験者の脳の機能を計測する。 Further, at time 4T after the elapse of time T, as shown in FIG. 6 (e), the light detection probes DPD1 and DPD2 detect the light irradiated from the light irradiation probe DPE1 to thereby detect the light irradiation probe DPE1 and the light. The function of the subject's brain is measured at two measurement points M located between the detection probe DPD1 and between the light irradiation probe DPE1 and the light detection probe DPD2.
さらに時間T経過後の時刻5Tにおいては、図6(f)に示されるように、光検出プローブDPD1,DPD2は光照射プローブDPE2から照射された光を検出することにより、光照射プローブDPE2と光検出プローブDPD1との中間、及び光照射プローブDPE2と光検出プローブDPD2との中間に位置する二つの計測点Mにおける被験者の脳の機能を計測する。 Further, at time 5T after the elapse of time T, as shown in FIG. 6 (f), the light detection probes DPD1 and DPD2 detect the light irradiated from the light irradiation probe DPE2 to thereby detect the light irradiation probe DPE2 and the light. The function of the subject's brain is measured at two measurement points M located between the detection probe DPD1 and between the light irradiation probe DPE2 and the light detection probe DPD2.
以上のような図6(b)〜(f)に示された制御法をまとめると図6(g)のように図示できる。ここで、図中の数字は、時刻T〜時刻5Tにおいて計測される計測点Mの順序を、当該計測点Mの位置に記したものである。 The control methods shown in FIGS. 6B to 6F can be summarized as shown in FIG. 6G. Here, the numbers in the figure indicate the order of the measurement points M measured from time T to time 5T at the positions of the measurement points M.
図6(g)によれば、隣接するプローブの中間あるいはプローブの位置とされる各計測点Mでは、上記時刻5Tまでの間にそれぞれ一回光の強度が計測されることがわかる。 According to FIG. 6 (g), it can be seen that the intensity of light is measured once at each measurement point M, which is the middle of adjacent probes or the position of the probe, until the time 5T.
ここで、図3に示された本発明の実施の形態に係る制御法と図5及び図6に示された制御法とを比較すると、図5及び図6に示された制御法では一つの計測サイクルが終了した時刻3Tあるいは時刻5Tにおいては上記のように各計測点Mで一回のみ計測が行われるのに対し、図3に示された制御法では上記のように、隣接する二分岐型プローブTPの各中間において順逆二方向の光路を用いた二回の計測が行われる。 Here, when the control method according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 3 and the control method shown in FIGS. 5 and 6 are compared, the control method shown in FIGS. At time 3T or time 5T when the measurement cycle is completed, measurement is performed only once at each measurement point M as described above, whereas in the control method shown in FIG. Two measurements using optical paths in two forward and reverse directions are performed in the middle of the probe TP.
このことから、時間T当たりに実行される計測数を比較すると、図5に示された制御法においては2.3回(=計測点数合計7/時間3T)、図6に示された制御法においては2.2回(=計測点数合計11/時間5T)となるのに対し、図3に示された制御法によれば3.6回(=計測点数延べ18/時間5T)となり、図5あるいは図6に示された従来の光照射プローブ及び光検出プローブを用いた制御法に比して時間的効率がより高い脳機能の計測を実現することができる。 From this, when the number of measurements executed per time T is compared, the control method shown in FIG. 5 is 2.3 times (= total number of measurement points 7 / hour 3T), and the control method shown in FIG. Is 2.2 times (= total number of measurement points 11 / hour 5T), but according to the control method shown in FIG. 3, it is 3.6 times (= total number of measurement points 18 / hour 5T). As compared with the control method using the conventional light irradiation probe and the light detection probe shown in FIG. 5 or FIG. 6, it is possible to realize the measurement of the brain function with higher temporal efficiency.
さらに、図3に示された制御法によるこのような時間的効率性は、多数の計測点Mで脳の機能を計測する多チャンネル計測においては、計測対象となる面積が大きくなるほど高まる。例えば、縦横30mm間隔で合計16個の従来型プローブが図7に示された配置と同様に単純正方格子状に配置された場合には計測対象となる面積は81平方センチメートルとなるが、これとほぼ同じ広さの領域を図8に示された配置と同様に倍密度正方格子状に配置された合計49個の従来型プローブ、あるいは図3に示された配置と同様に最密充填格子状に配置された合計18個の二分岐型プローブTPで計測する場合には、計測対象面積はそれぞれ81平方センチメートル、81.8平方センチメートルとなる。 Further, such time efficiency by the control method shown in FIG. 3 increases as the area to be measured increases in multi-channel measurement in which the brain function is measured at a large number of measurement points M. For example, in the case where a total of 16 conventional probes are arranged in a simple square lattice pattern at intervals of 30 mm vertically and horizontally, the area to be measured is 81 square centimeters. A total of 49 conventional probes arranged in a double-density square lattice like the arrangement shown in FIG. 8 or the closest packed lattice like the arrangement shown in FIG. When measuring with a total of 18 arranged bifurcated probes TP, the measurement target areas are 81 square centimeters and 81.8 square centimeters, respectively.
そして、これらの計測対象面積内における上記計測点Mの数はそれぞれ、上記単純正方格子状配置の場合は24、上記倍密度正方格子状配置の場合は45、上記最密充填格子状配置の場合は38となるため、上記倍密度正方格子状配置の場合と上記最密充填格子状配置の場合における計測点Mの面内密度は上記単純正方格子状配置の場合の該面内密度の約2倍となることがわかる。 The number of measurement points M within the measurement target area is 24 in the case of the simple square lattice arrangement, 45 in the case of the double density square lattice arrangement, and in the case of the close packed lattice arrangement. Therefore, the in-plane density at the measurement point M in the double-density square lattice arrangement and the close-packed lattice arrangement is about 2 of the in-plane density in the simple square lattice arrangement. It turns out that it becomes double.
また、一周期の計測を終えるまでの所要時間はそれぞれ、上記単純正方格子状配置の場合は時間4T、上記倍密度正方格子状配置の場合は時間8T、上記最密充填格子状配置の場合は時間7Tであり、上記最密充填格子状配置の場合には各計測点Mで2回ずつ計測が行われることから、時間T当たりに実行される計測回数はそれぞれ順に6回/時間T、5.6回/時間T、10.9回/時間Tとなる。このことから、上記最密充填格子状配置による計測によれば、他の二つの配置による計測に対して約2倍の時間効率性を実現することができる。 In addition, the time required to complete the measurement of one cycle is 4T for the simple square lattice arrangement, 8T for the double-density square lattice arrangement, and 8T for the close packed lattice arrangement. In the case of the close-packed grid arrangement, the measurement is performed twice at each measurement point M, so that the number of measurements performed per time T is 6 times / hour T, 5 6 times / hour T, 10.9 times / hour T. Therefore, according to the measurement by the close-packed grid arrangement, it is possible to realize about twice the time efficiency with respect to the measurement by the other two arrangements.
また、上記各配置のいずれにおいても計測対象面積が大きくなると共に上記時間効率性は高まっており、図3〜図6に示された場合との比がそれぞれ、上記単純正方格子状配置の場合は2.6倍(=6回/2.3回)、上記倍密度正方格子状配置の場合は2.5倍(=5.6回/2.2回)、上記最密充填格子状配置の場合は3.0倍(=10.9回/3.6回)となっている。 Further, in any of the above arrangements, the measurement target area increases and the time efficiency increases, and in the case of the simple square lattice arrangement, the ratio to the case shown in FIGS. 2.6 times (= 6 times / 2.3 times), 2.5 times (= 5.6 times / 2.2 times) in the case of the above double density square lattice arrangement, In this case, it is 3.0 times (= 10.9 times / 3.6 times).
このことから、図3に示されたように上記二分岐型プローブTPを最密充填格子状に配置した脳機能計測法は、広い面積を計測対象とした場合に他の配置による脳機能計測法よりも計測の時間効率性が高まる性質を持った計測方法であることがわかる。 Therefore, as shown in FIG. 3, the brain function measuring method in which the bifurcated probe TP is arranged in a close-packed grid pattern is a brain function measuring method by another arrangement when measuring a wide area. It can be seen that this is a measurement method having the property of improving the time efficiency of measurement.
従って、広い面積において多チャンネル計測を実施して脳機能賦活部位を探索する場合、例えば全頭計測のような大規模な多チャンネル近赤外分光法(near-infrared spectroscopy:NIRS)を用いた探索的脳機能計測等においては、上記のように二分岐型プローブTPを最密充填格子状に配置して、図3に示されたように各二分岐型プローブTPを切り替え制御する脳機能計測法がとりわけ適しているということができる。 Therefore, when searching for brain function activation sites by conducting multi-channel measurement over a large area, for example, searching using large-scale near-infrared spectroscopy (NIRS) such as whole-head measurement In brain function measurement and the like, a brain function measurement method in which bifurcated probes TP are arranged in a close-packed grid as described above and each bifurcated probe TP is switched and controlled as shown in FIG. Can be said to be particularly suitable.
以上のように、本発明の実施の形態に係る脳機能計測装置1及び図3に示された脳機能計測方法によれば、従来の脳機能計測法に対して空間的なサンプリング密度を飛躍的に改善し、かつ、倍密度正方格子状配置による計測法に比して必要なプローブ数を大幅に削減することができる。
As described above, according to the brain
また、必要なプローブ数を削減できることから、脳機能計測の際に被験者の頭部へ該プローブを取り付けるために要する時間を短縮できると共に、頭部と各プローブとの密着度の管理も徹底することが容易になることから計測データの質の向上も図ることができる。 In addition, since the number of required probes can be reduced, the time required to attach the probe to the subject's head during brain function measurement can be shortened, and the degree of adhesion between the head and each probe must be thoroughly managed. Therefore, the quality of measurement data can be improved.
さらに、本発明の実施の形態に係る脳機能計測装置1及び図3に示された脳機能計測方法によれば、図1に示された検知部3を被験者が頭部に装着した際に生じる検知部3に含まれた該プローブや該プローブと計測端末とを接続するワイヤ等による被験者への負荷を軽減することができる。
Furthermore, according to the brain
1 脳機能計測装置
3 検知部
10 制御部
11 データ計測部
TP 二分岐型プローブ
PE 光照射プローブ
PD 光検出プローブ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
いずれの時刻においても、前記光照射部から照射された光を検出する全ての前記光検出部が、隣接する一つの前記探知手段に含まれた前記光照射部から照射された光だけを検出するよう各々の前記探知手段に含まれた前記光照射部と前記光検出部を選択的に動作させる制御手段と、
前記光検出部で検出された前記光の強度を計測する計測手段とを備えた脳機能計測装置。 A plurality of detection means regularly arranged on the subject's head, including a light irradiation unit and a light detection unit that are integrally formed and selectively operate;
At any time, all the light detection units that detect the light emitted from the light irradiation unit detect only the light emitted from the light irradiation unit included in one adjacent detection unit. Control means for selectively operating the light irradiation section and the light detection section included in each of the detection means,
A brain function measuring device comprising: a measuring unit that measures the intensity of the light detected by the light detecting unit.
いずれの時刻においても、前記光照射部から照射された光を検出する全ての前記光検出部が、隣接する一つの前記探知手段に含まれた前記光照射部から照射された光だけを検出するよう各々の前記探知手段に含まれた前記光照射部と前記光検出部を選択的に動作させ、前記光検出部で検出された前記光の強度を計測する第二のステップとを有する脳機能計測方法。 A plurality of detection means having a light irradiation part and a light detection part formed integrally, and a plurality of detection means for selectively operating the light irradiation part and the light detection part are regularly arranged on the head of the subject; And the steps
At any time, all the light detection units that detect the light emitted from the light irradiation unit detect only the light emitted from the light irradiation unit included in one adjacent detection unit. A brain function comprising: a second step of selectively operating the light irradiation unit and the light detection unit included in each of the detection means and measuring the intensity of the light detected by the light detection unit Measurement method.
The brain function measuring method according to claim 4, wherein the light is near infrared rays.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013241119A JP6202324B2 (en) | 2013-11-21 | 2013-11-21 | Brain function measuring device and brain function measuring method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013241119A JP6202324B2 (en) | 2013-11-21 | 2013-11-21 | Brain function measuring device and brain function measuring method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015100410A true JP2015100410A (en) | 2015-06-04 |
JP6202324B2 JP6202324B2 (en) | 2017-09-27 |
Family
ID=53376672
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013241119A Active JP6202324B2 (en) | 2013-11-21 | 2013-11-21 | Brain function measuring device and brain function measuring method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6202324B2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020174842A1 (en) | 2019-02-27 | 2020-09-03 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | Brain function measurement device, brain function measurement method, and probe |
WO2020183854A1 (en) * | 2019-03-13 | 2020-09-17 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | Probe holder |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10148611A (en) * | 1996-08-29 | 1998-06-02 | Technol Res Assoc Of Medical & Welfare Apparatus | Light-measuring device |
JP2007111461A (en) * | 2005-10-20 | 2007-05-10 | Keiko Fukuda | Bio-optical measurement apparatus |
JP2010148794A (en) * | 2008-12-26 | 2010-07-08 | Shimadzu Corp | Optical measurement apparatus |
-
2013
- 2013-11-21 JP JP2013241119A patent/JP6202324B2/en active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10148611A (en) * | 1996-08-29 | 1998-06-02 | Technol Res Assoc Of Medical & Welfare Apparatus | Light-measuring device |
JP2007111461A (en) * | 2005-10-20 | 2007-05-10 | Keiko Fukuda | Bio-optical measurement apparatus |
JP2010148794A (en) * | 2008-12-26 | 2010-07-08 | Shimadzu Corp | Optical measurement apparatus |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020174842A1 (en) | 2019-02-27 | 2020-09-03 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | Brain function measurement device, brain function measurement method, and probe |
JPWO2020174842A1 (en) * | 2019-02-27 | 2021-10-14 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | Brain function measuring device and brain function measuring method and probe |
JP7227652B2 (en) | 2019-02-27 | 2023-02-22 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | Brain function measuring device, brain function measuring method and probe |
US11911130B2 (en) | 2019-02-27 | 2024-02-27 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Brain function measurement device, brain function measurement method, and probe |
WO2020183854A1 (en) * | 2019-03-13 | 2020-09-17 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | Probe holder |
JPWO2020183854A1 (en) * | 2019-03-13 | 2021-10-21 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | Probe holder |
JP7113563B2 (en) | 2019-03-13 | 2022-08-05 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | probe holder |
US11963794B2 (en) | 2019-03-13 | 2024-04-23 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Probe holder |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6202324B2 (en) | 2017-09-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6060082B2 (en) | Diffraction grating, system, apparatus, method, computer program and medium for differential phase contrast imaging | |
US20150169836A1 (en) | Graphical user interface for medical instruments | |
JP5234186B2 (en) | Optical biometric device | |
CN103584873B (en) | X-ray detector and operation method thereof | |
RU2016125333A (en) | System and method of electrocardiographic monitoring | |
US20150133826A1 (en) | Medical apparatus for heating a heating volume defined by a surface | |
JP6202324B2 (en) | Brain function measuring device and brain function measuring method | |
US12042306B2 (en) | Cardiac motion signal derived from optical images | |
CN103222880A (en) | Object information acquiring apparatus | |
JP6629874B2 (en) | Acoustic radiation force imaging | |
WO2014076774A1 (en) | Optical biometric device and position measurement device used in same | |
JP5686738B2 (en) | Biological light measurement device | |
US20100047751A1 (en) | Phantom | |
JP2014104362A (en) | Apparatus and method for generating tomography images | |
JP5262102B2 (en) | Optical measuring device | |
JP5686739B2 (en) | Inspection device with magnetic position detector, magnetic field measurement tool, magnetic field detection program | |
JP2009118910A (en) | Magnetoencephalographic system | |
JP5475830B2 (en) | X-ray CT system | |
JP2004008398A5 (en) | ||
JP5537520B2 (en) | X-ray CT system | |
JP6879546B2 (en) | Brain function measuring device | |
JP5484786B2 (en) | Biological light measurement device | |
JP2015150186A (en) | Biophotonic measurement apparatus | |
Shen et al. | Measurement of power density distribution and beam waist simulation for electron beam | |
JP4817808B2 (en) | Biological light measurement device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20160729 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20170314 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20170321 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20170815 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170816 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6202324 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |