生物體光學檢測裝置的製作方法
2023-07-09 01:53:01
專利名稱：生物體光學檢測裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及到生物體光學檢測裝置，特別是利用光檢測生物體內代謝物質的濃度及其變化的生物體光學檢測裝置。
背景技術：
關於利用光檢測生物體內代謝物質的濃度及其變化的生物體光學檢測裝置，特開平9-135825號公報上公開了一種在生物體深部具有高檢測靈敏度的生物體光學檢測裝置，另外特開平9-98972號公報上公布了利用檢測結果圖像化顯示生物體機能的方法。下面基於此對現有技術進行總結。
首先參見圖12，以大腦皮層內伴隨著大腦的活動而發生的血流量變化為例，說明檢測生物體內部血流量變化的非內置式方法。該圖中所示的光傳播路線1101是指光照射器1102照射出的光線中到達配置在被檢測體1104的頭皮上1107的某個光感光器1103的光的傳播路線。這裡所說的光感光器由雷射、發光二極體、燈之類的光源和隨情況而異的把光從這些光源傳播到被檢測體1104的光傳播線路組成。
如圖12所示，光照射器1102或光感光器1103固定在支架1105上，該固定使用螺釘1106。而且光照射器1102和光感光器1103的前端都與頭皮直接接觸。另外從接觸光纖的頭的表面開始，腦的結構依次由頭皮1107、頭蓋骨1108、腦脊髓層1109、大腦皮層1110等組成。
上述生物體光學檢測裝置在檢測成人腦機能時，上述光照射器1102和光感光器1103按30毫米的間距配置。但該配置間距並不限定為30毫米，而是由腦的結構及腦內物質的光學常數(如吸收係數及散射係數)來決定的。大腦皮層1110是位於頭蓋骨內側的組織，例如，眾所周知，成人的大腦皮層位於距頭皮深10～15毫米處。該大腦皮層內的血流量隨著腦的活動而發生相應變化。
如圖12中香蕉形的光傳播路線1101所示，光照射器和光感光器的配置間距為30毫米，在檢測大腦皮層的血流量時，圖中光照射器和光感光器的約中間位置靈敏度最大。這時，通過對生物體內光線傳播的模擬可知光照射器和光感光器的中間位置光線量最大。因此把該點作為推測血流量變化的檢測位置。通過血流量變化前後的光照射器檢測出的光線量的變化，可以推測出在該推測血流量變化的檢測位置處血流量的變化。特開平9-98972號公報上詳細刊登了該血流量變化評價方法的實施例子。
下面參見圖13，說明從上述血流量變化的檢測結果圖形化顯示生物體機能的方法。圖13中，1201是被檢測體，1202是被檢測體上的檢測區域，1203、1204、1205、1206、1207、1208、1209、1210是由半導體雷射、發光二極體、燈等構成的光照射器，各個照射器都配置在被檢測體1201上的光照射位置上(S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8)。另外，圖中1211、1212、1213、1214、1215、1216、1218是雪崩光電二極體、光電放大管一類的光電轉換元件，利用檢測用光纖來把到達圖中D1-D8所示的被檢測體上光檢測位置的光傳導至上述元件中。在檢測成人大腦皮質內的生物體代謝物質的濃度及其變化時，圖中的光照射位置和光檢測位置按30毫米的間距配置。
該圖中，例如，到達圖中光檢測位置D5的光是由光照射位置(S3、S5、S6、S7)照射出的光。如在圖12中所述，推測血流量變化的檢測位置位於光照射位置和光檢測位置的大致中間，故圖13所示的檢測方法中該推測血流量變化的檢測位置數目為24個(圖中的白圈)。為圖像化顯示生物體內代謝物質的濃度及其變化，首先求得各個位置(24個檢測點)的血流量變化，通過對該血流量變化進行2次樣條插補推測出該檢測位置間的血流量變化，然後利用這些結果實現圖象化顯示。
另外，根據Neil C.Bruce在美國光學協會發行的《AppliedOpticS》雜誌1994年10月號第33卷第28期上發表的《ExperimentalStudy of the effect of abSorbing and tranSmitting incluSionS in highlyScattering media》(關於高度散射物質中的吸收/透過的實驗研究)可知若光照射器和光感光器配置間距小，則可得到更進一步的光散射體的表面信息。
上述的特開平9-135825號公報及特開平9-98972號公報上公開的生物體光學檢測方法都是為檢測大腦皮層一類位於生物體深部的生物組織的代謝量變化而在被檢測體上以某一固定間距配置多個光照射器及多個光感光器，檢測位於該光照射器和光感光器中點的多個檢測點上的生物體內代謝物質的濃度或其變化，然後利用該結果圖象化顯示生物體內代謝物質的濃度或其變化。但是這些現有的技術只能圖像化顯示某一深度上的生物體內代謝物質的濃度或其變化。
發明內容
本發明著眼於這些方面，目的在於提供一種生物體光學檢測裝置，可以檢測在生物體組織淺層及深層處的生物體內代謝物質的濃度及其變化，並能圖像化顯示其檢測結果。
為實現上述目的，本發明提供了一種生物體光學檢測裝置，其特徵在於包括向被檢測體的頭部照射光的第一光照射器；向所述被檢測體的頭部照射光的第二光照射器；檢測從所述第一光照射器發出的、在所述被檢測體的頭部傳播的光的第一光感光器，以及檢測從所述第二光照射器發出的、在所述被檢測體的頭部傳播的光的第二光感光器；以所述光照射器和所述光感光器的之間的中點位置為檢測點、檢測在該檢測點處所述被檢測體頭部的代謝物質的濃度或濃度變化；所述第一光照射器和所述第一光感光器構成的第一對之間的距離與所述第二光照射器和所述第二光感光器構成的第二對之間的距離不同；與所述第一檢測點在所述被檢測體頭部的第一深度相對應地顯示由所述第一對檢測的第一檢測點處的所述代謝物質的濃度或濃度變化；與所述第二檢測點在所述被檢測體頭部的第二深度相對應地顯示由所述第二對檢測的第二檢測點處的所述代謝物質的濃度或濃度變化。
根據本發明的生物體光學檢測裝置，求出所述代謝物質的濃度或濃度變化的第一深度和所述第二深度的差、並顯示出來。並且，與所述深度相對應地、立體地顯示所述代謝物質的濃度。
根據本發明的生物體光學檢測裝置，所述第一光照射器和所述第一光感光器的之間的中點的位置與所述第二光照射器和所述第二光感光器的之間的中點的位置大體一致。
本發明還提供了一種生物體光學檢測裝置，其特徵在於包括向被檢測體的頭部照射光的第一光照射器；向所述被檢測體的頭部照射光的第二光照射器；檢測從所述第一光照射器發出的、在所述被檢測體的頭部傳播的光的第一光感光器，以及檢測從所述第二光照射器發出的、在所述被檢測體的頭部傳播的光的第二光感光器；所述第一光照射器和所述第一光感光器的之間的中點的位置和所述第二光照射器和所述第二光感光器的之間的中點的位置大體一致；所述第一光照射器和所述第一光感光器之間的距離與所述第二光照射器和所述第二光感光器之間的距離不同；以所述光照射器和所述光感光器的之間的中點位置為檢測點、檢測在該檢測點處所述被檢測體頭部的代謝物質的濃度或濃度變化。
根據本發明提供的上述生物體光學檢測裝置，與所述被檢測體頭部在第一檢測點處的深度相對應地顯示由所述第一光照射器和所述第一光感光器檢測的所述第一檢測點處的所述代謝物質的濃度或濃度變化；與所述被檢測體頭部在第二檢測點處的深度相對應地顯示由所述第二光照射器和所述第二光感光器檢測的所述第二檢測點處的所述代謝物質的濃度或濃度變化。
本發明提供的另一種生物體光學檢測裝置，包括向被檢測體頭部照射光的多個光照射器，和檢測從所述光照射器發出的、在所述被檢測體頭部傳播的光的多個光感光器；多對所述光照射器和所述光感光器分別配置在以所述被檢測體頭部上的同一點為中心點對稱的位置上；所述多個對之間的距離各不相同，以及以所述光照射器和所述光感光器的之間的中點位置為檢測點、檢測在該檢測點處所述被檢測體頭部的代謝物質的濃度或濃度變化。
圖1所示是本發明的一種實施形式(1)的光照射器和光感光器的配置構成圖。
圖2所示是圖1中測量點和測量區域的分布圖。
圖3所示是一個檢測順序的例子。
圖4所示是本發明的一種實施形式(2)的光照射器和光感光器的配置構成圖。
圖5所示是圖4中測量點和測量區域的分布圖。
圖6所示是本發明的一種實施形式(3)的光照射器和光感光器的配置構成圖。
圖7所示是圖6中測量點和測量區域的分布圖。
圖8所示是本發明的一種實施形式(4)的光照射器和光感光器的配置構成圖。
圖9所示是圖8中測量點和測量區域的分布圖。
圖10所示是本發明的一種實施形式(5)的光照射器和光感光器的配置構成圖。
圖11所示是本發明的一個顯示地形學圖像的方法的例子。
圖12所示是現有的利用光檢測生物體內代謝物質濃度或其變化的檢測方法。
圖13所示是圖12中檢測點的分布圖。
具體實施例方式
下面參照圖面具體說明本發明的實施形式。
圖1所示是生物體光學檢測裝置上，本發明提出的有關被檢測體上光照射器和光感光器的配置方法的一個實施例子。
這裡提出的光照射器是指具備雷射、LED、燈之類的光源和可把這些光源發出的光傳播到被檢測體上的光纖一類的光傳播裝置的元件。不過，光源即使直接配置在被檢測體上也沒有任何問題。另外，光感光器是指具備檢測被檢測體內傳播的光、並把檢測出的光線量轉換為電信號的裝置的元件，舉例而言，其構成要素可以是雪崩光電二極體、光電放大管。圖1中101是被檢測體，檢測在位於該被檢測體上的檢測區域102中的被檢測體內部，生物體代謝物質的濃度或其變化。
下面說明該被檢測體上光照射器和光感光器的配置方法。圖中所示的以103為代表的白圈是光照射器，而以104為代表的黑圈是光感光器。其配置間距是任意的。下面參見圖2說明利用圖1所示的光照射器和光感光器的配置方法而得到生物體淺層的生物體代謝物質的濃度或其變化的圖像和生物體深層的生物體代謝物質的濃度或其變化的圖像的方法。
圖2中的201所示是使用圖1所示的光照射器和光感光器的配置方法，用於得到顯示生物體淺層的生物體代謝物質的濃度或其變化的圖像的檢測點的分布圖。由圖1可見，例如103和104所代表的光照射器和光感光器之間的間距(假設該間距為x)在圖1中最短。因此，位於這類光照射器和光感光器約中間位置的檢測點上的生物體代謝物質的濃度或其變化代表生物體內最淺部分的濃度或其變化。201所示的虛線代表包括所有位於按配置間距x配置的光照射器和光感光器約中間位置的檢測點的檢測區域，利用樣條插補之類的數學處理方法來圖像化顯示該區域內的生物體代謝物質的濃度或其變化。
同理，利用圖2中的202、203說明圖像化顯示位於更深區域的生物體代謝物質的濃度或其變化的方法。202示出圖像化顯示以位於圖1所示的光照射器103和光感光器105為代表的光照射器和光感光器(此時光照射器和光感光器的配置間距為2.23x)的約中間位置的生物體代謝物質的濃度或其變化時的檢測點的分布。此外，203示出圖像化顯示以位於圖1所示的光照射器103和光感光器106為代表的光照射器和光感光器(此時光照射器和光感光器的配置間距為3x)的約中間位置的生物體代謝物質的濃度或其變化時的檢測點的分布。
綜上所述，若光照射器和光感光器的配置間距小，則能得到光散射體的更進一步的表面信息。因此，與201相比，202的檢測點的分布可以得到處於生物體更深層的生物體代謝物質的濃度或其變化，再進一步而言，203的檢測點的分布可以得到比201和202都深的層的生物體代謝物質的濃度或其變化。由上可見，通過數學處理各檢測點處生物體代謝物質的濃度或其變化而得到的各個圖象就示出生物體在各種深度上代謝物質的濃度或其變化的分布。
下面，圖3顯示了一個利用圖1所示的光照射器和光感光器的配置方法圖像化並檢測生物體代謝物質的濃度或其變化時採用的檢測順序的實施例子。例如，圖3所示的「光源1」代表圖1中的光照射器103。此時如圖3所示，其他光源(圖3中的光源2到光源12)全為OFF。在光源1的強度置為OFF之後，接下來光源2的開關置為ON。從光源1的開關置為OFF之後到光源2的開關置為ON之前的時間長度大大依賴於某個光量到達檢測器轉換為電信號的時間和光信號轉換為電信號之後的電子電路的時間常數。接下來從光源2開始依次將開關置為On或OFF，將光照射到被檢測體上。
圖1所示的光照射器和光感光器的配置方法是使這些光照射器和光感光器在2維平面上交錯配置。圖4顯示了與該配置方法不同的配置方法的實施例子。圖中401代表的白圈和402代表的白方塊是光照射器，且403代表的黑圈和404代表的黑方塊是光感光器。該圖中白圈代表的光照射器和黑圈代表的光感光器以及白方塊代表的光照射器和黑方塊代表的光感光器均按同一間距配置。
由圖4所示的光照射器和光感光器的配置方法至少可以得到下述4種光照射器和光感光器的組合。
第一種組合是用黑圈代表的光感光器檢測白圈代表的光照射器發出並在生物組織內傳播的光，圖中用小白圈代表位於光照射器和光感光器中點的檢測點。同理，第二種組合是用黑方塊代表的光感光器檢測白方塊代表的光照射器發出並在生物組織內傳播的光，用小白方塊代表檢測點。
與上述第一種和第二種組合不同，第三種和第四種組合是用黑圈和黑方塊分別檢測白方塊和白圈代表的光照射器發出並在生物組織內傳播的光。即這種構成中在光照射器和光感光器的組合的約中點位置上配置其它的光照射器或光感光器。這時光照射器和光感光器的間距是第一種組合及第二種組合的所示的光照射器和光感光器的配置間距的一半，用叉號(×)代表第三種和第四種組合得到的檢測點。
圖5代表了由圖4所示的光照射器和光感光器的配置方法得到的檢測點的分布。501代表圖4所示的第三及第四種組合得到的檢測點502的分布和這些檢測點構成的區域503。同樣504代表圖4所示的第一及第二種光照射器和光感光器的配置方法得到的檢測點505、506的分布和這些檢測點構成的區域507。因為第三及第四種組合比第一及第二種組合的光照射器和光感光器的配置間距小，故通過插補後一組合的檢測點的分布501得到的圖像分布與前一組合得到的圖像分布相比，可以顯示被檢測體更淺的區域。
圖1及圖4所示的光照射器和光感光器的配置方法中光照射器和光感光器在檢測區域內均勻配置的。而且，最終可以在被檢測體的淺層和深層圖像化顯示基本相同的檢測區域。不過根據檢測對象的不同，有時只需要特定區域上關於被檢測體的生物體內代謝物質的深度信息。
因此，圖6顯示了可以解決這一問題的光照射器和光感光器的配置方法的實施例子。在該檢測方法中，白圈代表的光照射器(如602)和黑圈代表的光感光器(如603)全部配置在被檢測體601上，而白方塊代表的光照射器(如604)和黑方塊代表的光感光器(如605)則局部配置在被檢測體601上。
圖7顯示了圖6所示的光照射器和光感光器的配置方法的檢測點的分布。701代表位於圖6所示的組合3及組合4的光照射器和光感光器約中點位置的檢測點702的分布，703代表位於圖6所示的組合1及組合2的光照射器和光感光器約中點位置的檢測點704的分布。
由圖6可見，組合1和組合2所示的光照射器和光感光器的配置間距是組合3和組合4所示的光照射器和光感光器的配置間距的一倍，因此可以說與703所示的檢測點的分布圖相比，701所示的檢測點的分布圖可以顯示被檢測體更淺層的生物體代謝物質的濃度或其變化。與703所示的檢測點的分布相比，701所示的檢測點的分布是局部的，可以解決上述課題。
上述的圖2、圖5、圖7中檢測點在不同深度的位置不一定一致。因此圖8顯示了一個檢測點在不同深度的分布都一致的光照射器和光感光器的配置方法的實施例子。圖中白圈801、白方塊802、白三角803分別是光照射器，分別用圖中所示的黑圈804、黑方塊805、黑三角806來檢測。且807、808、809顯示了光從各個光照射器到各個光感光器的線路分布。
圖8所示的光照射器和光感光器的配置方法是各個光照射器和光感光器對稱配置。且光照射器和光感光器中點處靈敏度最高，光照射器和光感光器的距離越大越能檢測深層生物體內代謝物質的濃度或其變化，因此圖8所示的檢測方法中檢測點810、811、812在縱向排成一列。
圖9顯示了基於圖8所示的光照射器和光感光器的配置方法，能夠得到檢測點在縱向同一位置處的地形學圖像的光照射器和光感光器的配置方法。光照射器和光感光器的組合同圖8。該配置方法中，光照射器902，903，904和光感光器905，906，907以某個檢測點901為中心線性對稱地配置。因此，組合1、組合2、組合3得到的各檢測點的分布是一致的。但由於各個組合的光照射器和光感光器的配置間距不同，因此如該圖所示，被檢測體的檢測區域按組合1、組合2、組合3的順序變深。
圖8顯示了線性對稱地配置各個光照射器和光感光器的組合併檢測生物體深部及淺部的結構，但本發明並不限於這樣的結構。如圖10所示，還可以將光照射器A-1、B-1、C-1和光感光器A-2、B-2、C-2以圖中黑點(黑圈)所示的血流量變化的檢測點為中心以點對稱形式配置。
這時利用光感光器A-2檢測光照射器A-1發出的光，同理用各個光感光器B-2、C-2檢測光照射器B-1、C-1發出的光。為了更詳細地提取出淺部和深部的信息，需要密集配置光照射器和光感光器，但圖8所示的配置構成中其配置受到空間限制，與此相反，使用圖10所示的實施例子，光照射器和光感光器配置的空間限制少，因此可以詳細的提取出生物體內的信息。
基於上面給出的方法，下面給出一個在圖面上顯示檢測深度不同的多個地形學圖像的實施例子。圖11所示的1001和1002分別代表圖4所示的光照射器及光感光器得到的淺部和深部的地形學圖像。
為得到這些圖像，依據樣條插補一類的推測方法，利用各檢測點處求得的生物體內代謝物質的濃度或其變化製成圖像。而且，如1005及1006所示，在各個圖像1001、1002周圍存在著提示各個圖像檢測哪一深度的信息。另外如圖1007所示，還可求取不同深度的地形學圖像的差分並進行顯示。這時，例如1007所示的地形學圖像表示檢測區域1003和1004的差分，1008所示的檢測區域必須是檢測區域1003和檢測區域1004的和集。
1009示出在1002及1002所示的地形學圖像的基礎上立體顯示各地形學圖像的實施例子。這時為明確不同深度的地形學圖像的幾何位置關係，增加一條1010所示的表示上下位置關係的垂直線。該垂直線1010在本實施例子中是虛線，但也可以是破折線、實線、粗線。
另外和1010不同的破折線1011對應顯示了得到淺部(圖11中標記為「距表面7.5毫米」)生物體內代謝物質濃度或其變化的最大值的位置和深部(圖11中標記為「距表面15毫米」)的檢測區域。該線1011屬於與1010所示的顯示上下位置關係的垂直線不同的線型。這是因為彼此的不同十分明確。
產業上可利用性如上所述，基於本發明的生物體光學檢測裝置，可以檢測從生物體表面開始的各個深度的、被檢測體的生物體代謝物質的濃度及其變化，並把它圖像化顯示出來。
權利要求
1.一種生物體光學檢測裝置，其特徵在於包括向被檢測體的頭部照射光的第一光照射器；向所述被檢測體的頭部照射光的第二光照射器；檢測從所述第一光照射器發出的、在所述被檢測體的頭部傳播的光的第一光感光器，以及檢測從所述第二光照射器發出的、在所述被檢測體的頭部傳播的光的第二光感光器；以所述光照射器和所述光感光器的之間的中點位置為檢測點、檢測在該檢測點處所述被檢測體頭部的代謝物質的濃度或濃度變化；所述第一光照射器和所述第一光感光器構成的第一對之間的距離與所述第二光照射器和所述第二光感光器構成的第二對之間的距離不同；與所述第一檢測點在所述被檢測體頭部的第一深度相對應地顯示由所述第一對檢測的第一檢測點處的所述代謝物質的濃度或濃度變化；與所述第二檢測點在所述被檢測體頭部的第二深度相對應地顯示由所述第二對檢測的第二檢測點處的所述代謝物質的濃度或濃度變化。
2.如權利要求1所述的生物體光學檢測裝置，其特徵在於求出所述代謝物質的濃度或濃度變化的第一深度和所述第二深度的差、並顯示出來。
3.如權利要求1所述的生物體光學檢測裝置，其特徵在於與所述深度相對應地、立體地顯示所述代謝物質的濃度。
4.如權利要求1所述的生物體光學檢測裝置，其特徵在於所述第一光照射器和所述第一光感光器的之間的中點的位置與所述第二光照射器和所述第二光感光器的之間的中點的位置大體一致。
5.一種生物體光學檢測裝置，其特徵在於包括向被檢測體的頭部照射光的第一光照射器；向所述被檢測體的頭部照射光的第二光照射器；檢測從所述第一光照射器發出的、在所述被檢測體的頭部傳播的光的第一光感光器，以及檢測從所述第二光照射器發出的、在所述被檢測體的頭部傳播的光的第二光感光器；所述第一光照射器和所述第一光感光器的之間的中點的位置和所述第二光照射器和所述第二光感光器的之間的中點的位置大體一致；所述第一光照射器和所述第一光感光器之間的距離與所述第二光照射器和所述第二光感光器之間的距離不同；以所述光照射器和所述光感光器的之間的中點位置為檢測點、檢測在該檢測點處所述被檢測體頭部的代謝物質的濃度或濃度變化。
6.如權利要求5所述的生物體光檢測裝置，其特徵在於與所述被檢測體頭部在第一檢測點處的深度相對應地顯示由所述第一光照射器和所述第一光感光器檢測的所述第一檢測點處的所述代謝物質的濃度或濃度變化；與所述被檢測體頭部在第二檢測點處的深度相對應地顯示由所述第二光照射器和所述第二光感光器檢測的所述第二檢測點處的所述代謝物質的濃度或濃度變化。
7.一種生物體光學檢測裝置，其特徵在於包括向被檢測體頭部照射光的多個光照射器，和檢測從所述光照射器發出的、在所述被檢測體頭部傳播的光的多個光感光器；多對所述光照射器和所述光感光器分別配置在以所述被檢測體頭部上的同一點為中心點對稱的位置上；所述多個對之間的距離各不相同，以及以所述光照射器和所述光感光器的之間的中點位置為檢測點、檢測在該檢測點處所述被檢測體頭部的代謝物質的濃度或濃度變化。
全文摘要
一種生物體光學檢測裝置，包括向被檢測體的頭部照射光的第一光照射器和第二光照射器；分別檢測從所述第一光照射器和所述第二光照射器發出的、在所述被檢測體的頭部傳播的光的第一光感光器和第二光感光器；以所述光照射器和光感光器的大致中點位置為檢測點、檢測在該檢測點處所述被檢測體頭部的代謝物質的濃度或濃度變化；所述第一光照射器和所述第一光感光器之間的距離與所述第二光照射器和所述第二光感光器之間的距離不同；與所述第一檢測點在所述被檢測體頭部的第一深度相對應地顯示由上述第一對檢測的第一檢測點處的所述代謝物質的濃度或濃度變化；與所述第二檢測點在所述被檢測體頭部的第二深度相對應地顯示由所述第二對檢測的第二檢測點處的所述代謝物質的濃度或濃度變化。
文檔編號A61B5/00GK1654015SQ20051005416
公開日2005年8月17日 申請日期2000年11月29日 優先權日1999年12月27日
發明者山本剛, 牧敦, 小泉英明, 川口文男, 藤原倫行, 加賀幹広 申請人:株式會社日立製作所, 株式會社日立醫藥