活体光测量装置

1.一种活体光测量装置，其具有：用光照射受检体，接收在所述受检体的头部反射或者穿透的光的光测量单元；以所述光测量单元接收到的光测量信号为基础，把对于所述受检体进行了多次测试的情况下的血中物质的变化描绘成信号波形的信号处理单元；显示所述信号处理单元的处理结果的显示单元，以及用于向所述信号处理单元发送指令的输入单元，其特征在于，
所述输入单元具有在多个检查项目中，输入特定的检查项目的单元，
所述信号处理单元对于以规定的时间间隔测量到的信号波形，提取最大值或等待时间进行数值化，来作为与所述输入单元确定的特定的检查项目相对应的特征，使显示单元将所述特征的时间变动显示为以时间作为横轴，以把所述特征数值化后的值作为纵轴的图形，
并且，所述信号处理单元具有对积累了属于所述检查项目的下位项目与所述特征的时间变动之间的关系的数据进行存储的存储单元；根据就所述受检体得到的图形和所述存储单元中存储的所述数据，判定所述受检体的特性的判定单元，
将所述检查项目按照给所述受检体服用的物质进行分类，以所述规定的时间间隔测量的数据包含给所述受检体服用物质前后的数据。

活体光测量装置\n技术领域\n[0001] 本发明涉及用光照射人的头部、测量在接近表面的头部内部反射或者散射的光(以下也称活体通过光)、测量高级脑功能(brain function)的装置(活体光测量装置)。\n背景技术\n[0002] 活体光测量装置是使用可视光到近红外光检测活体通过光、无侵害地(noinvasive)测量活体功能的装置。近年来，正在开发一种活体光测量装置，它使用光纤(optical fiber)从多个位置照射光，在多个检测点测量活体通过光强度，得到包含这些检测点的比较宽的区域的信息，对脑功能进行图像化，而且尝试在脑功能的研究或者临床的应用。\n[0003] 使用这样的活体光测量装置得到的信息，主要是与多次对活体给予语言刺激(language stimulation)、光刺激(flash stimulation)、手指敲击(fingertapping)等刺激或者任务(task)(测试)时的测试前后的血中物质(bloodconentration)(例如血红蛋白)的变化对应的信号。这样的血中物质的血红蛋白变化信号通常作为表示时程的图形(信号波形)、或者作为把测定点的值连接为等高线状的称为表面形态图(topography)的图像，对于每一测定通道显示。\n[0004] 通过这种信号波形和脑功能的关联性的研究的积累，正在开发具有以从信号波形中抽出的特征为基础判定脑疾病或者精神疾病的功能的活体光测量装置(JP-A-2003-275191)。另外，也提出了对信号波形进行数量分析、生成定量数据的方法(JP-A-2002-177281)。在JP-A-2003-275191中，公开了一种方法：从测量的血红蛋白信号的波形中把最大值(peak value)、等待时间(latency)等的特征作为模板，比较正常人的特征模式和精神疾病患者的特征模式，支持精神疾病诊断。\n[0005] 迄今，利用了活体光测量的脑功能测量主要根据给予刺激前后的血中物质变化波形和脑功能的关联性进行，但是近年来，了解到伴随活体内的物质的代谢，血红蛋白信号波形也变化，希望在分析其生理意义的同时开发能够和血红蛋白信号波形的参数关联起来显示的活体光测量装置。例如，报告了：在服用酒精的情况下，根据与乙醛分解酶(aldehyde dehydro genase)有关的ALDH2基因多型(aldehyde dehydrogenase 2 genotype)，血红蛋白波形按照作为酒精代谢物质的血中乙醛浓度(acetaldehyde concentration)或内分泌激素(endocrine hormones)的时间变化而变化。\n[0006] 在现有的活体光测量装置中，作为测量数据的血红蛋白信号波形仅作为时程、平均值或表面形态图显示，而不能监视与代谢物质的时间变化有关的血红蛋白信号波形。\n[0007] 另外，认为表示血红蛋白信号波形的参数(特征)和各种生理反应具有关联性，但是在现有的活体光测量装置中，分析这些关联性、或者再根据分析结果判定特定的受检者的特性(characteristic traits)是不能实现的。\n发明内容\n[0008] 因此，本发明的目的是提供一种能够监视血中物质浓度的时间变动(timecurve)的活体光测量装置。本发明的另外一个目的是提供一种能够判定与信号波形的参数的时间变动有关的受检体的特性、或者能够分析特性的活体光测量装置。\n[0009] 为实现上述目的，本发明的第一方式的活体光测量装置的特征是，具有：用光照射受检体，接收在所述活体的头部反射或者穿透的光的光测量单元；以所述光测量单元接收到的光测量信号(measurement signal)为基础，把对于所述受检体进行了多次测试的情况下的血中物质的变化作为信号波形描出的信号处理单元(signal processing)；显示所述信号处理单元的处理结果的显示单元(result viewer)；所述信号处理单元从以规定的时间间隔测量的多个信号波形中分别抽出至少一个特征，将该时间变动显示在所述显示单元。\n[0010] 信号处理单元抽出的特征，例如包含信号波形的最大值、从测试开始时刻到所述信号波形成为最大值的时间(等待时间)。\n[0011] 另外，信号处理单元使显示单元显示的特征的时间的变动例如是以时间作为横轴、以把所述特征数值化了的值(特征量)作为纵轴的图形。\n[0012] 本发明的第二方式的活体光测量装置的特征是，具有：用光照射受检体，接收在所述活体的头部反射或者穿透的光的光测量单元；以所述光测量单元接收到的光测量信号为基础，把对于所述活体进行了多次测试的情况下的血中物质的变化作为信号波形描出的信号处理单元；显示所述信号处理单元的处理结果的显示单元；用于向所述信号处理单元发送指令的输入单元；所述输入单元具有输入从多个检查项目(inspection item)中指定的特定的检查项目的单元；所述信号处理单元就以规定的时间间隔测量的信号波形，抽出与由所述输入单元指定的特定的检查项目对应的至少一个特征，把所述特征的时间变动作为图形在所述显示单元显示。\n[0013] 在本发明的活体光测量装置中，信号处理单元可以具有存储单元和判定单元(screening)，其中，该存储单元存储积累了属于所述检查项目的下位项目和所述时间变动的关系的数据，该判定单元根据在所述受检体得到的图形和所述积累数据判定该受检体的特性。\n[0014] 另外，例如，按照受检体服用的物质对检查项目进行分类，以所述规定的时间间隔测量的数据包含给所述活体服用物质时刻前后的数据。\n[0015] 另外，本发明的第三方式的活体光测量装置的特征是，具有：用光照射受检体，接收在所述受检体的头部反射或者穿透的光的光测量单元；以所述光测量单元接收到的光测量信号为基础，把对于所述受检体进行了多次测试的情况下的血中物质的变化作为信号波形描出的信号处理单元；显示所述信号处理单元的处理结果的显示单元；用于向所述信号处理单元发送指令的输入单元，所述输入单元具有输入包含受检体信息以及检查项目的指定的多个检查条件的单元，所述信号处理单元具有：就以规定的时间间隔测量的信号波形，根据由所述输入单元指定的检查条件对信号波形进行分类并存储的单元；从在所述存储单元中存储的多个测量数据中选择符合由所述输入单元指定的检查条件的测量数据，把该测量数据的至少一个特征的时间变动作为图形在所述显示单元显示的单元。\n[0016] 根据本发明，显示以表示血中物质、例如血红蛋白的信号波形的特征的参数(特征)作为纵轴、以时间作为横轴的图形，由此可以监视其时间变化。由此可以监视与血中物质的时间变动有关的高级脑功能活动或者代谢物质等的活体内动态的时间变化。另外，通过对要进行各种检查的受检体特性(身体/心理特征、疾病、基因型等)积累参数的时间变化数据，可以分析各种特性与参数的时间变化的关联性，可以以该分析数据作为基础、对于作为检查对象的受检者的特性进行判定。\n[0017] 再有，根据本发明，因为把在多种测量条件下测量的数据分成类别进行分析的同时显示结果，所以可以大幅度减少操作者进行分析处理的劳力或时间。\n附图说明\n[0018] 图1是表示本发明的活体光测量装置的全体结构的图。\n[0019] 图2是表示使用了本发明的活体光测量装置的测量步骤的一个实施方式的流程图。\n[0020] 图3是表示由血红蛋白信号生成的信号波形及其参数的图。\n[0021] 图4是表示酒精服用测量中的信号波形的最大值的时间变动的图。\n[0022] 图5是表示酒精服用测量中的信号波形的等待时间的时间变动的图。\n[0023] 图6是表示口服曲匹地尔后的信号波形的最大值的时间变动的图。\n[0024] 图7是表示服用多沙唑嗪前后的信号波形的最大值的变化的图。\n[0025] 图8A-8C是表示使用了本发明的活体光测量装置的数据分析的一个实施方式的流程图。\n[0026] 图9是表示在图8A-8C的实施方式中的类别信息输入画面的图。\n[0027] 图10是表示在图8A-8C的实施方式中的类别分析输入画面的图。\n[0028] 图11是表示在图8A-8C的实施方式中的分析结果显示画面的图。\n具体实施方式\n[0029] 下面，参照附图说明本发明的活体光测量装置的实施方式。\n[0030] 图1是本发明的活体光测量装置的整体框图。该活体光测量装置主要由光测量部\n10、信号处理部20和刺激控制装置30组成。\n[0031] 光测量部10由光源部11和光检测部12组成。光源部11具有发生规定波长的光的激光器等光源、把光源发生的光调制为对应测定点数目的不同频率的光的光调制部、用于把已调制的光引入到受检体40的头部表面的光纤12。在作为测量对象的血中物质是血红蛋白(氧化血红蛋白oxy-Hemoglobin以及脱氧化血红蛋白deoxy-Hemoglobin)的情况下，光源11发生的光的波长是780nm和830nm。在测量对象物质不同的情况下可以采用不同的波长。在本实施方式中，说明血中物质是血红蛋白的情形。\n[0032] 活体光测量中的测量点是位于光照射位置和光检测位置的大体中央的点，其位置及数目由光照射位置和光检测位置的数目以及配置决定。通常，多个光照射位置和多个光检测位置交互配置在3×3、4×4等的矩阵的点上，在3×3矩阵的情况下，测量点为12。在本发明的适用中测量点不一定要多个，不过通过使用来自多个测量点的数据，可以进行更加正确的分析。\n[0033] 光检测部12由接收来自尖端配置在光检测位置的光纤13的光的受光元件和根据调制频率识别接收到的光、生成每一测量点的血红蛋白变化信号的检测电路组成。\n[0034] 信号处理部20具有：对于血红蛋白变化信号进行活体内的血行动态变化的时间序列处理(时程数据的生成)或者图像化(topography)(信号波形的生成)的血红蛋白信号处理部21、存储信号处理后的测量数据的存储部22、按照受检体信息或者检查项目等检查条件进行测量数据的分类处理的类别处理部23，进而，作为外部装置，具有用于输入血红蛋白信号处理部21或类别处理部23中的处理中所需要的指令的键盘、鼠标等的操作部24和显示作为血红蛋白信号处理部21或类别处理部23的处理结果的图像的显示部25。显示部25显示结果图像外，还显示与操作部24联动的GUI。\n[0035] 信号处理部20进行上述时间序列处理或图像化之外，根据来自操作部24的指令，执行由形成的变化波形计算参数(特征)的处理；关于以规定的时间间隔从同一受检体得到的数据，将参数的时间变动图像化的处理；分析参数的时间变动，判定检查类别中的受检体的特性的判定处理等等。\n[0036] 刺激控制装置30是控制给予受检体40的刺激的装置，由以下部分组成：把刺激用的图像、声音、语音、语言数据等作为模拟或者数字数据存储的存储部31；用来向受检体呈现刺激用的图像、声音、语音、语言数据的扬声器或者PC画面等刺激发生部32；控制来自刺激发生部的刺激的发生定时的控制部(图中未示)等。这样的刺激控制装置30可以作为活体光测量装置的一部分设置，但也可以作为独立的装置。在这种情况下，也可以向活体光测量装置(的信号处理部20)发送发生刺激的定时、时间、时刻等信息。或者也可以由活体光测量装置向刺激控制装置30发送指示，根据该指示在所指示的定时、时间，使发生在存储部中存储的图像、声音、语音、语言数据的指示的刺激。\n[0037] 下面说明具有这样结构的活体光测量装置的动作。\n[0038] 在以下的说明中，以在服用酒精条件下的测量为例说明实施方式。\n[0039] 公知服用酒精后，随时间的经过，作为酒精代谢物质的血中乙醛浓度上升，给血管反应(vascular reaction)带来影响，以及放出多种内分泌激素。这些活体反应因人而异。\n这是因为分解乙醛的酶的作用因遗传不同，称为ALDH2基因多型(ALDH2 genotype)(活性型ALDH2*1/1，非活性型ALDH2*1/2)。因此，在本实施方式中，说明作为检查项目选择ALDH2基因多型进行测量的情况。\n[0040] 图2是表示操作步骤的流程图，首先测量受检体的血红蛋白信号(步骤101)。\n血红蛋白信号的测量是在给受检体服用酒精前(before alcohol intake)、服用后不久(immediate after alcohol intake)以及服用后经过规定时间(例如20分钟后，40分钟后，60分钟后)进行。所述测量是由刺激控制装置30将刺激的呈现时间(stimulation period)和休息时间(rest period)作为1组进行测试，把其间的血红蛋白变化信号作为信号波形求出。通常进行多次测试，对在各次测试中得到的信号波形进行平均。为正确地抽出参数，根据需要进行滤波处理或者基线处理。\n[0041] 图3表示在光测量部10得到的血红蛋白信号波形的一例。图中，横轴是时间轴，对应于1组测试的时间长度。纵轴表示把相对于测试前信号的信号变化换算为血红蛋白量变化的值，单位是mMmm。另外，时间轴2-2表示开始刺激的时刻。血红蛋白信号波形2-1如图所示，刺激开始后上升，经过最大值2-3后回到原来的信号值。这样的血红蛋白信号波形，例如可以用从刺激开始时刻到达到最大值的时间2-4(称为等待时间)、最大值2-3、从刺激开始时刻到最大值的波形的积分值(面积)或微分值、从最大值回到原来的信号值的波形的积分值(面积)或微分值、变化量的平均值等表示其特征，按照检查项目，选择成为最适合该判定的指标的一个或者多个参数。在检查项目是ALDH2基因多型的本实施方式中，选择最大值和等待时间作为参数(步骤102)。\n[0042] 此外，在图3中，仅表示由一个测定点(测定通道)的血红蛋白信号得到的结果，但是对于其他测定点也可以进行同样的处理。另外，上述的各参数，可以由将全部测定点相加平均后的波形求，也可以选择两个或两个以上的特定的测定点。另外，给予多次刺激的时间序列数据，可以从相加平均后的波形求，也可以是通过特别选择的刺激得到的血红蛋白信号的波形。\n[0043] 由信号波形求参数的处理、亦即参数的抽出，例如可以使用专利文献1中记载的特征抽出技术。信号处理部20对于从按照时间序列进行的各次测量中得到的血红蛋白变化波形进行这样的参数抽出，制作以测量时间作为横轴、参数作为纵轴的图形。制成的图表被显示在显示部25(步骤103)。为了以后的分析，测量数据以及制成的图表根据需要被存储在存储部22中(步骤104)。\n[0044] 图4和图5表示ALDH2基因多型的活性型和非活性型分别表示最大值以及等待时间的时间变动的图形。如图所示，在活性型中最大值和等待时间几乎不随时间的经过变动，相对于此，在非活性型中可看到大的变动。因此，关于规定的检查项目，例如关于基因多型，若了解时间变动，则通过显示图4以及图5所示的参数的时间变动图形，可以判定受检者是活性型还是非活性型(步骤105)。\n[0045] 这样，根据本实施方式，因为按照检查项目显示信号波形的参数的时间变动，所以只要是与检查项目有关的物质，例如ALDH2基因多型，就可以间接监视血中乙醛浓度(blood aldehyde concentartion)等。另外也能够判定检查项目中的受检体的特性，例如可以判定是ALDH2基因多型的活性型还是非活性型。\n[0046] 此外，在以上的实施方式中，作为检查项目以ALDH2基因多型为例进行了说明，但是，只要是与血中成分浓度或血流量具有关联性的特性或者服用药剂，都可以作为检查的对象。例如曲匹地尔(trapidil)是作用于血管平滑肌、使血流量增加的血管扩张物质(vasodepressor)。例如采血后不监视血浆中浓度的话则不能确认与这样的血管扩张剂在活体内的动态相应的变化，但是根据本发明的活体光测量装置，如图6所示，可以由无侵害地多次测量的血红蛋白信号波形的最大值以及等待时间的时间变化进行监视。\n[0047] 另外，公知：α1阻断药(α1 blocker)阻断交感神经系统的调节下的动脉系统的α1受体，抑制动脉缩小作用，但是不抑制心功能，各内脏器官的血流量增加。根据这样的作用，报告了脑血流量(cerebral blood flow)增加、脑循环自动调节功能(cerebral auto regulation)得到改善(非专利文献9、10)。关于与这样的脑血流量改善药的动态相应的变化，可以不使用SPECT(singlephoton emission CT)等，而由如图7所示的、多次测量的血红蛋白信号波形的最大值以及等待时间的时间变化进行监视。图7表示监视了多个受检者服用多沙唑嗪(doxazocin)4周后的脑血流量增加的结果。\n[0048] 下面说明在上述活体光测量装置中分析在多种检查条件下测量的多个数据时的实施方式。图8A-8C是表示该步骤的流程图。\n[0049] 在上述实施形态中，以检查项目是ALDH2基因多型的情况为例进行了说明，但是在活体光测量中可检查的项目有多种。另外，受检体信息等的检查条件也多样。这些例如包含：身高、体重、血型等身体特性，服用物质，基因多型，疾病，性格或者压力度等类别。因此，在本实施方式的活体光测量装置中，在对每个受检者测量血红蛋白信号后(步骤201)，使用类别处理部23把测量的数据分成类别，存储到存储部22中(步骤202)。另外，类别处理部23接收作为对象的测量数据的类别输入，选出特定的类别的测量数据，并进行分析(为进行分析把数据交付血红蛋白信号处理部21)(步骤203)。\n[0050] 图8A-8C所示的步骤201和图2所示的实施方式的步骤101相同，这里也以检查项目是ALDH2基因多型的情况为例进行说明。输入类别的步骤202是通过图9例示的输入画面来实现。在该输入画面设置了：用于输入受检体信息的输入部3-1、显示按钮3-2、测量数据显示部3-3、类别项目选择部3-4、下位项目输入部3-7、关联物质输入部3-10、受检者信息显示部3-13、结束按钮3-14等。关于测量结束的特定的受检体，输入受检体信息(例如姓名，ID等)，操作显示按钮3-2的话，则在测量数据显示部3-3上显示该受检体的测量数据。\n[0051] 在类别项目选择部3-4中，呈现在存储部22中预先登录的多个类别项目，从中可以选择任意的一个乃至多个类别。另外，通过操作输入画面的追加按钮3-5以及删除按钮\n3-6，可以追加登录新的项目或者删除不需要的项目。\n[0052] 下位项目是在根据类别需要进一步分下位类别时输入。另外，关联物质是在类别像ALDH2基因多型、与服用的物质有关时输入。呈现这些下位项目以及关联物质也预先登录在存储部22中，可以从中选择。通过操作追加按钮或者删除按钮，用户也可以追加或者删除下位项目以及关联物质。\n[0053] 关于特定的受检体，在输入检查类别，根据需要输入下位项目和关联物质后，在受检者信息显示部3-13中显示这些输入的信息。用户在确认内容的基础上操作结束按钮\n3-14后，输入的受检者信息与其测量数据一起被存储在存储部22中。\n[0054] 这样，因为在存储部22中存储的测量数据包含在多种检查条件下测量的数据，所以在本实施方式的活体光测量装置中，用户指定希望显示的内容显示(步骤203)。图10表示用于确定显示信息的输入画面。\n[0055] 图示的输入画面，同时用作输入类别分析指令的画面，设置了类别项目选择部\n4-1、下位项目选择部4-2、受检者选择部4-3、数据选择部4-6、类别显示部4-9、数据显示部\n4-10、关联物质显示部4-11、显示图形选择部4-12、显示按钮4-13。\n[0056] 在用户通过该输入画面进行类别分析的情况下，首先从在类别项目选择部4-1中显示的检查类别中选择任意一个项目。这里显示的类别是到那时为止在活体光测量装置的存储部22中存储的、作为受检者信息输入的类别。一选择类别，就根据所选择的类别在下位项目选择部4-2显示其下位项目，进而可以选择下位项目。一选择检查类别或下位项目，因为在受检者选择部4-4中显示记录有以选择的项目测量的数据的受检者列表，所以选择作为分析对象的任意的受检者。选择受检者后，该受检者的测量数据作为列表被显示在数据选择部4-6。从中选择分析时所需要的数据。通过操作追加按钮4-4、4-5或删除按钮\n4-7、4-8，可以适宜地追加或删除在受检者选择部4-4以及数据选择部4-6中显示的列表。\n[0057] 通过以上的操作，在确定从存储在存储部22中的数据中要选择的数据后，将所选择的类别、测量数据、关联物质名分别显示在类别显示部4-9、数据显示部4-10、关联物质显示部4-11中。\n[0058] 在显示图形选择部4-12中，与选择框一起列出可显示的图形或者图像。进而设置了：用于追加、输入在列表中没有的数据的输入部4-16；用于根据图形或图像指定所显示的条件(范围、时间分辨能力、空间分辨能力)等的输入部4-13和4-14。用户选择在显示图形选择部4-12中显示的列表的选择框，设定必要的条件。\n[0059] 信号处理部21，将该设定操作作为指令接收，对于在确定的类别中包含的测量数据(信号波形)进行分析(步骤203)。例如，在检查项目是ALDH2基因多型、作为参数选择最大值和等待时间的情况下，在步骤102，由分类的信号波形中求出参数，制作时间变动的图形。信号分析部21的分析结果被显示在显示部25中。\n[0060] 图11表示在显示部25中显示的结果图像的一例。在图示的例子中，作为类别项目选择基因多型，作为下位项目选择非活性型以及活性型，与此对应的受检者的测量数据的最大值、等待时间以及一定时间内的血红蛋白变化量的平均值的时间变动8-1、8-2、8-3被显示在显示部的上部。另外在下部显示把最大值作为纵轴、等待时间作为横轴的倾斜度\n8-4、把全参数分为非活性型以及活性型的图形8-5、映象8-6。映象8-6中，纵轴表示多次测量时的测量时刻，横轴将以饮酒60分钟后的最大值作为基准进行规格化的血红蛋白变化量表示在每两秒的表面形态图像上。在8-4～8-6中上段是非活性型，下段是活性型。\n[0061] 这样，根据本实施方式，通过分类、分析以多种检查条件测量的测量数据，能够一次比较多个参数的结果。另外，因为可以仅分析所选择的类别，所以能够缩短分析处理时间。再有，通过使用本实施方式的分析功能，能够帮助判定血中成分浓度和检查项目的关联性、或者受检者的特性时最合适的参数、即参数的生理意义等的理解。\n[0062] 根据本发明，在活体光测量装置中，通过具有显示由信号波形求出的参数的时间变动的功能，能够监视代谢物质或服用物质的时间变化。另外能够从时间变化图形判定受检体的特性。再有，根据本发明，在活体光测量装置中，具有把在多种检查条件下测量的数据分成类别后存储、分析所选择的类别的功能，由此可以缩短分析时间。另外，能够一次比较多个参数，或者能够帮助对于参数的生理意义的理解。