生物体光测量装置、生物体光测量方法以及移动型位置传感器用卡合部件

摘要

本发明的生物体光测量装置具有：向被检体照射光，测量通过被检体的光的光照射/测量部；处理所述光照射/测量部的测量数据来生成生物体光测量图像的信号处理部；以及检测所述光照射/测量部向被检体的光照射位置以及来自被检体的通过光的取出位置的位置测量部，所述光照射/测量部具备：多个光纤；分别安装在所述多个光纤上的多个光纤插头；以及装卸可能地固定在被检体的测定部位，并保持所述多个光纤插头的底座，所述位置测量部具备：移动型位置传感器；以及卡合部件，其具有装卸可能地与安装在所述移动型位置传感器上并在所述底座上保持的所述多个光纤插头卡合的形状。

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过向生物体照射近红外光，测量通过生物体内部或在生 物体内部反射的光，来测量生物体内部的血液循环、血液流通动态以及血红蛋 白量变化的生物体光测量装置。

背景技术

生物体光测量装置是将从可见到近红外的波长的光从光纤通过头皮照射 到生物体上，从头皮测定通过生物体内部或在生物体内部反射的光的装置。近 年来，实现了基于多信道装置的测定数据的图像化(例如，专利文献1)。

在专利文献1中公开了如下装置：通过移动型位置传感器(笔型磁传感器) 测量测定对象中的光照射位置以及光检测位置，将生物体通过光强度图像与测 定对象的头表图像或脑表图像重叠地显示的生物体光测量装置。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2011/046072号

发明内容

发明要解决的课题

然而，在专利文献1中存在如下问题：一旦从探针底座拆下光纤后将移动 型位置传感器插入具有该光纤前端的位置来进行测定，因此操作员一边推测拆 下光纤前的前端位置一边进行测量，从而不能高精度地进行光纤的前端位置的 测量。

本发明的目的是在生物体光测量装置的光纤的前端与被检体接触的状态 下，高精度地测定光纤的前端位置。

解决问题的手段

为了解决所述课题，在本发明中具有：向被检体照射光，测量通过被检体 的光的光照射/测量部；处理所述光照射/测量部的测量数据来生成生物体光测 量图像的信号处理部；以及检测所述光照射/测量部向被检体的光照射位置以 及来自被检体的通过光的取出位置的位置测量部，所述光照射/测量部具备： 多个光纤；分别安装在所述多个光纤上的多个光纤插头；以及可装卸地固定在 被检体的测定部位，并保持所述多个光纤插头的底座，所述位置测量部具备： 移动型位置传感器；以及卡合部件，其具有可装卸地与安装在所述移动型位置 传感器上并保持在所述底座上的所述多个光纤插头进行卡合的形状。

发明效果

以上，根据本发明不是从底座拆下生物体光测量装置的光纤以及光纤插头， 而是能够在光纤的前端接触被检体的状态下，测定光纤的前端部的位置。

附图说明

图1是表示本发明的生物体光测量装置的整体结构的框图。

图2是安装了底座108的被检体107的侧面图。

图3(a)、(b)以及(c)分别是光纤插头204的立体图、截面图以及截 面的立体图。

图4(a)以及(b)是表示基于光纤插头204的棒状部件的突出长度的光 线106的按压力的差的说明图。

图5是从底座108的截面方向表示在底座108上固定光纤插头204的状态 的说明图。

图6(a)是移动型位置传感器118和卡合部件502的部件的立体图，(b)、 (c)以及(d)是将卡合部件502固定在移动型位置传感器上的状态的侧面图、 截面图以及截面的立体图。

图7(a)是插入光纤插头204之前的卡合部件502的截面图，(b)是插 入后的卡合部件502的截面图。

图8是表示将光纤插头204插入卡合部件502的状态的、移动型位置传感 器118的前端坐标、轴向向量以及光纤的前端坐标的说明图。

图9是表示在卡合部件502安装了仿真插头的状态的说明图。

图10是表示实施方式一的生物体光测量方法的流程的流程图。

图11(a)以及(b)是表示在生物体光测量方法中，信号处理部113在 显示装置114显示的画面例的说明图。

图12(a)以及(b)是表示在生物体光测量方法中，信号处理部113在 显示装置114显示的画面例的说明图。

图13是表示在生物体光测量方法中，信号处理部113在显示装置114显 示的画面例的说明图。

图14是表示在底座108上固定光纤插头204的状态下，使卡合部件502 沿着光纤106的前端的轴向接近的说明图。

图15是表示将光纤插头204插入(卡入)到卡合部件502的开口2511的 状态的说明图。

图16是表示被检体的形态图像1402与生物体光测量图像1403的重叠图 像的说明图。

图17是表示在本发明的测量方法与比较例的测量方法中，光纤的前端位 置的测量所需要的时间的对比的图表。

图18(a)以及(b)是表示比较例的光纤的前端位置的测量方法的说明 图。

图19是表示将仅由固定在光纤106上的部分构成的光纤插头906插入到 卡合部件502的状态的说明图。

图20是表示卡合部件502的其他结构例的说明图。

图21是表示实施方式二的生物体光测量方法的流程的流程图。

图22是表示被检体的仿真形态图像(线框图像)1601与生物体光测量图 像1403的重叠图像的说明图。

图23是表示实施方式三的生物体光测量方法的流程的流程图。

图24是表示实时地重叠被检体的形态图像1402与安装的光纤的前端位置 1803的图像的说明图。

图25是表示实施方式四的生物体光测量方法的流程的流程图。

图26是表示实时地将被检体的形态图像1402、安装的光纤的前端位置 1803以及过去的光纤的前端位置2004进行了重叠的图像的说明图。

图27(a)、(b)以及(c)是表示为了使三个地方的光纤位置按照每个地 方的顺序与过去的光纤位置一致，显示表示偏差量的误差条和移动方向的图像 例的说明图。

图28是表示为了使三个地方的光纤位置同时与过去的光纤位置一致，显 示表示偏差量的误差条和移动方向的图像例的说明图。

图29是表示实施方式五的生物体光测量方法的流程的流程图。

图30是表示实时地将被检体的仿真形态图像(线框图像)2401、安装的 光纤的前端位置1803以及过去的光纤的前端位置2004进行了重叠的图像的说 明图。

具体实施方式

本发明的生物体光测量装置构成为具有：向被检体照射光，测量通过被检 体的光的光照射/测量部；处理光测量部的测量数据来生成生物体光测量图像 的信号处理部；以及测定光照射/测量部向被检体的光照射位置以及被检体通 过光的测量位置的位置测量部。

在此，光照射/测量部具备：多个光纤；安装在光纤上的光纤插头；以及 可装卸地固定在被检体的测定部位，并保持多个光纤插头的底座。

位置测量部包括：移动型位置传感器、安装在移动型位置传感器上的卡合 部件以及运算部。

卡合部件具备：通过保持在底座的光纤插头和移动型位置传感器的检测位 置以及和测定部位的表面之间的位置关系(以下，将该位置关系称为预定的位 置关系)而可装卸地卡合的形状。

运算部根据通过卡合部件与光纤插头卡合的状态的移动型位置传感器检 测出的位置和预定的位置的关系，通过运算计算出光纤插头的光纤的前端位置。 由此，不是从底座拆下光纤以及光纤插头，而是能够在光纤的前端与被检体接 触的状态下，测定光纤的前端部的位置。

当光纤插头包括固定在光纤上的固定部的情况下，卡合部件也可以构成为： 当与光纤插头卡合时，移动型位置传感器的前端与固定部的端部接触。作为具 体例，固定部构成为：具备固定在光纤上的筒状部和固定在筒状部的端部上的 棒状部，移动型位置传感器构成为：与棒状部的端部接触并检测其位置。

例如，卡合部件构成为：具备与光纤插头的外周卡合的形态的开口。作为 具体例，卡合部件的开口形成为：深度方向与移动型位置传感器的轴向同轴， 使插入开口的光纤插头的光纤与移动型位置传感器的轴向保持同轴。此时，运 算部计算出从移动型位置传感器的前端向轴向仅隔预定距离的位置，由此能够 求出光纤的前端位置。

光纤插头也可以构成为：包括使固定部相对光纤的前端部的轴向可移动地 保持的保持部。此时，可以在底座上设置用于保持光纤插头的多个孔，使光纤 插头的保持部的外周与底座的底座孔的周边卡合，在底座上安装光纤插头。此 外，光纤也可以构成为：将前端部的外周固定在光纤插头的固定部，在光纤插 头的内部弯曲，从光纤插头的侧面向外部引出。此时，在卡合部件的开口的边 缘最好设置插入从光纤插头的侧面引出的光纤的切口。

以预定的位置关系在卡合部件上安装仿真插头，由此能够测定没有配置光 纤插头的被检体的基准部位。

此外，当测定被检体的基准部位时，信号处理部能够构成为：在显示装置 显示催促操作员将仿真插头安装到卡合部件来测定被检体的基准部位的预定 的显示，并从位置测量部读取位置测量部所测量的被检体的基准部位的位置数 据。

此外，当测量光纤的前端位置时，信号处理部构成为：在显示装置上显示 催促操作员从卡合部件拆下仿真插头来测定光纤的前端位置的预定的显示，并 从位置测量部读取位置测量部测量的光纤前端的位置数据。并且，信号处理部 将读取的基准位置以及光纤前端的位置信息附加到生物体光测量图像上。由此， 信号处理部能够生成利用位置信息将生物体光测量图像与表示被检体的形态 的图像重叠的图像。

此外，作为本发明的其他方式，提供一种向被检体照射光，测量通过被检 体的光的生物体光测量方法。该方法将分别安装了光纤插头的多个光纤的前端 配置成通过保持多个光纤插头的底座而与被检体接触。接着，使移动型位置传 感器通过卡合部件依次与多个光纤插头卡合，根据此时的移动型位置传感器的 检测位置和预定的位置关系通过运算计算出多个光纤的前端位置，其中，所述 移动型位置传感器安装有通过预定的位置关系能够与光纤插头卡合的卡合部 件。

在该方法中，以预定的位置关系在卡合部件上安装仿真插头，使仿真插头 的前端与没有配置光纤插头的被检体的基准部位接触，根据此时的移动型位置 传感器的检测位置和预定的位置关系通过运算能够计算出基准位置(基准位置 检测工序)。

能够在显示装置上显示催促操作员在基准位置检测工序前将仿真插头安 装在卡合部件的显示。

可以从光纤向被检体照射光，使用从光纤读取通过被检体的光测量的数据 来生成生物体光测量图像，使用光纤的前端位置信息，生成将生物体光测量图 像与表示被检体的形态的图像进行重叠的图像。

并且，在本发明的其他方式中，提供一种安装在生物体光测量装置的移动 型位置传感器上的卡合部件。该卡合部件具备：通过预定的位置关系可装卸地 与安装在生物体光测量装置的光纤上的光纤插头卡合的形状。通过使用该卡合 部件，即使在当前的生物体光测量装置中，也能够测定与被检体接触的状态的 光纤的前端位置。

<实施方式1>

(装置结构)

首先，使用图1等对装置的整体结构进行说明。图1是生物体光测量装置 的整体结构的框图。图2是表示在被检体107上安装光纤106、109的状态的 立体图。

生物体光测量装置是向被检体107内照射近红外光，检测从生物体的表面 近旁反射或通过生物体内的光(以下，简单地称为通过光)，产生与光的强度 对应的电信号的装置。如图1所示，该生物体光测量装置具备：照射近红外光 的光照射部101；测量通过光，并转换成电信号的光测量部102；控制光照射 部101以及光测量部102的驱动的控制部103；信号处理部113；显示装置114； 输入输出部116；以及存储部115。

光照射部101具备：射出预定波长的光的半导体激光104、光模块105以 及光纤106。光模块105包括用于将半导体激光104所产生的光通过每个照射 位置不同的多个频率进行调制的调制器。光纤106传播各光模块105的输出光， 导入到被检体107的预定的测量区域，例如将其导入到头部的多个位置为止， 从前端向被检体107进行照射。半导体激光104的波长基于生物体内的关注物 质的分光特性，但根据血液中的氧化血红蛋白和脱氧化血红蛋白的浓度测量氧 饱和度和血液量时，从600nm～1400nm的波长范围的光中选择一个或多个波长 来使用。具体而言，例如根据氧化血红蛋白和脱氧化血红蛋白两种测定对象， 照射两种波长，例如780nm以及830nm的光。合成这些二波长的光，从一个 光纤106的前端(照射位置)向被检体107进行照射。

如图2所示，通过带子(帽带)202等将用于保持光纤的片状的底座108 固定在被检体107的测定部位。在底座108设置多个孔，在孔的边缘固定环。 在光纤106的前端部安装光纤插头204，通过与孔的边缘的环的卡合，将光纤 插头204的外周可装卸地固定在底座108上。由此，使光纤106的前端与被检 体107的测定部位的表面(例如头皮)接触。对光纤插头204的结构，在后面 进行详细的说明。

光测量部102包括：光纤109；光电转换元件110；锁定放大器模块111； 以及A/D转换器112。将光纤109配置成前端与测定部位的预定的位置接触， 从前端的端面吸取从光照射部101照射的光中的通过预定的测量区域且从被 检体的表面射出的光，传播至光电转换元件110。光电转换元件将光纤109传 播的光转换成与各自的光量对应的电量的光电二极管等。锁定放大器模块111 选择性地检测来自光电转换元件110的电信号中的与预定的光照射位置对应 的调制信号。A/D转换器112将锁定放大器111的输出信号转换成数字信号。 由此，得出光照射位置(光纤106的前端位置)与检测位置(光纤109的前端 位置)之间的点(测量点)数的两倍(2波长)的通道数量的血红蛋白量变化 信号。

此外，信号处理部113处理血红蛋白量变化信号，生成将氧化血红蛋白浓 度变化、脱氧化血红蛋白浓度变化以及全血红蛋白浓度变化等按每个通道表示 的图表，或者在被检体的二维图像上构成它们的图像(生物体光测量图像)。 显示装置114显示信号处理部113生成的图表或图像等。存储部115存储信号 处理部113的处理所需要的数据或处理结果或生成的图像。

输入输出部116从操作员接收装置的动作所需要的各种指令的输入。控制 部103控制装置整体的动作，执行生物体光测量。

除此之外，生物体光测量装置为了测量光照射位置(光纤106的前端)和 检测位置(光纤109的前端)的三维坐标，具备三维位置测量单元117。作为 三维位置测量单元117，如果是能够检测移动型位置传感器的三维位置的话， 则可以使用各种测定方法。在此，三维位置测量单元117具备移动型位置传感 器118和磁场产生模块119，测量磁场产生模块119产生的磁场区域120中的 移动型位置传感器118的三维位置。

(光纤插头204的结构)

如上所述，在光纤106、109的前端部安装光纤插头204，通过使光纤插 头204的外周与底座108的孔的边缘的环卡合，可装卸地固定在底座108上。 以下，使用图3对光纤插头204的结构进行详细的说明。图3(a)、(b)以及 (c)分别是光纤插头204的立体图、截面图以及截面的立体图。光纤106的 光纤插头204与光纤109的光纤插头204具有相同的结构，因此在此以光纤 106的光纤插头204为一例进行以下的说明。

如图3(a)、(b)以及(c)所示，光纤插头204构成为具备：固定在光 纤106的前端近旁的外周上的筒状部2603；固定在筒状部2603的上部端面上 的预定长度的棒状部2607；配置在筒状部2603的外周，向轴向可动地保持筒 状部2603的保持部2602；以及弹簧2605。筒状部2603和棒状部2607构成针 对光纤106固定的固定部。保持部2602是在圆柱体内部形成空间的形状，光 纤106的前端从设置在下部端面上的开口突出，棒状部2607从设置在上部端 面上的开口突出。光纤106在光纤插头204内弯曲，从设置在筒状部2603的 侧面上的开口引出，并且通过设置在筒状的保持部2602侧面的开口向外部引 出。由此，向大致90度弯曲的方向引出光纤106的前端的轴向。

筒状部2603和棒状部2607与光纤106一体地能够在保持部2602的内部 向轴向移动。因此，来自光纤106的保持部2602的突出量是可变的。弹簧2605 被配置在棒状部2607的外侧，相对于保持部2062的上部端面，向压低筒状部 2603的方向进行施压。通过该弹簧2605的施压，能够使光纤106的前端面与 被检体的表面(头皮)以适度的按压力进行接触。

在保持部2602的下部以预定的距离设有在外周为螺钉状的突起2604。该 突起2604与被固定在底座108的孔的周边的环卡合，将光纤插头204可装卸 地固定在底座108上。

棒状部材2607是被固定在光纤106上的、具有恒定长度的部件，因此从 棒状部材2607的上端至光纤106的前端之间的距离2608是恒定的。因此，通 过使移动型位置传感器118的前端与棒状部材2607的上端接触来在其三维位 置进行检测，通过运算在轴向距离2608的位置，能够计算出光纤106的前端。 另外，保持部2602相对于光纤106是可动的，因此从保持部2602的上部端面 至光纤106的前端为止的距离2606根据向保持部2602的底座108的固定位置 而变动。

此外，操作员通过目测确认棒状部材2607从保持部2602的上端突出的长 度，由此能够确认弹簧2605的收缩情况。如图4(a)所示，当向棒状部材2607 的上方的突出长度较长时，弹簧2605大幅收缩，基于弹簧2605的光纤106 的按压力较大。因此，在被检体107的表面以较强的按压力按压光纤106，因 此被检体107可能感到疼痛。相反，如图4(b)所示，当棒状部材2607的突 出长度较短时，基于弹簧2605的光纤106的按压力较小，光纤106从被检体 107的表面浮起，从而有可能不能接触。操作员调整保持在底座108上的保持 部2602的位置，调整成棒状部材2607从保持部2602仅突出适当的长度，由 此能够恰当地设定光纤106向被检体107的按压力。

如图2所示，将这样结构的光纤插头204插入到排列设置在底座108上的 孔中，使螺钉状的突起2604与孔的周围的环卡合，由此能够使光纤106的前 端面与被检体108的表面以预定的压力接触。此时，通过细棒等分开头发，以 便使头发夹在光纤106的前端与被检体108的表面之间。在图5中示意地示出 了在底座108上固定光纤插头204，从底座108的截面方向查看光纤108的前 端306与被检体107的表面接触的状态。如上所述，在底座108以预定的排列 固定光照射部101的所有的光纤106的光纤插头204和光测量部102的所有的 光纤109的光纤插头204。通常，光纤106、109的总数为30～80根。

另外，在保持部1602的上部外周具备：用于结合保持部1602的筒状的侧 面部件和上部端面的部件的螺钉2609。该螺钉2609从保持部1602的侧面突 出，因此在之后说明的卡合部件502，在与该螺钉2609对应的位置形成凹部。

(移动型位置检测传感器118和卡合部件502)

图6(a)是移动型位置传感器118的立体图和在此固定的卡合部件502 的部件的立体图。图6(b)、(c)以及(d)是在移动型位置传感器上固定卡 合部件502的状态的侧面图、截面图以及截面的立体图。

如图6(a)所示，移动型位置传感器118为笔型，在侧面具备按键2505。 当操作员按压侧面的测量按键2505时，三维位置测量单元117测量移动型位 置传感器118的前端的三维位置。

卡合部件502被安装在移动型位置传感器上，具备：通过预定的位置关系 可装卸地与在保持在底座108上的光纤插头204卡合的形状(开口)。

卡合部件502由左侧躯干部2502、右侧躯干部2503、与光纤插头204卡 合的开口部2504以及螺母2505等四个部件构成。移动型位置传感器118是磁 传感器，因此各部件由不产生磁噪音的非磁性体(例如塑料)构成。

左侧躯干部2502、右侧躯干部2503以及螺母2505是用于将与光纤插头 204卡合的开口部2504固定在移动型位置传感器118上的部件。

左侧躯干部2502以及右侧躯干部2503在内部具有收纳移动型位置传感器 118的空间，具有夹住移动型位置传感器118的形状。在左侧躯干部2502、右 侧躯干部2503的前端和尾端形成螺纹，通过前端与开口部2504拧合，尾端与 螺母2505拧合，将卡合部件502一体地固定在移动型位置传感器上。

在左侧以及右侧躯干部2502、2503，在移动型位置传感器118的位置设 有按键用孔2506，以便操作员能够按压测量按键2505。

开口部2504在前端设有与光纤插头204的保持部2602外周卡合的形状 的开口2511。即，开口2511的径是在保持部2602的外形上加上了预定的间 隙的大小。在开口2511设有可插入从保持部2602的侧面引出的光纤106、109 的大小的切口2510，通过将光纤106、109插入切口2508而不妨碍卡合。此 外，在开口2511的内壁面形成与从保持部2602的侧面突出的螺钉2609对应 的形状的凹部。

将开口部2504的轴向设置成与移动型位置传感器118的轴向一致。由此， 如图7(a)、(b)所示，通过使光纤插头204与开口部2504的开口2511卡合 (插入)，能够使光纤106的前端部的轴向与移动型位置传感器118的轴向一 致。

此外，在卡合部件502的开口部2504的侧面开有确认用的窗口2507，以 便能够使操作员看到移动型位置传感器118的前端部。如图7(a)、(b)所示， 一边将光纤插头204卡合(插入)到开口部2504的开口2511，一边从窗2507 通过目测确认移动型位置传感器118的前端部2705，由此能够使卡合部件502 和移动型位置传感器118相对光纤插头204移动到光纤插头204的棒状部材 2607的前端与移动型位置传感器118的前端2705接触的位置。

如果移动型位置传感器118的前端与棒状部件2607接触，则操作员按压 测量按键2505。如图8所示，三维位置测量单元117测量移动型位置传感器 118的前端的位置坐标(x1，y1，z1)和移动型位置传感器118的轴向向量(dx， dy，dz)。然而，(x1，y1，z1)的单位是mm，(dx，dy，dz)的单位是无因 次量，因此设成√(dx2+dy2+dz2)＝1。通过读入并执行内置的程序，信号 处理部113使用下述公式(1)通过运算计算出从由三维位置测量单元117测 量的位置向移动型位置传感器118的轴向仅隔着预定的距离(L)2608的位置 的坐标(x2，y2，z2)。

(x2，y2，z2)＝(x1，y1，z1)+L×(dx，dy，dz)……(1)

由此，能够计算出光纤106的前端位置(x2、y2、z2)。

此外，在卡合部件502的开口部2511的侧面沿着轴向设有多个小的槽2508。 由此，即使在光纤插头204的保持部2602的外径2601中存在偏差，也能够顺 畅地插入(卡合)到开口2511。

在生物体光测量中，需要测量没有安装光纤106、109的被检体107上的 基准点(例如，鼻根(nasion)、右耳上端部、左耳上端部等)的位置。在基 准点没有安装光纤106、109，但是因此不存在光纤插头204。因此，可以考虑 从移动型位置传感器118拆下卡合部件502，进行被检体107上的基准点的位 置测量，但拆下或再次安装卡合部件502的作业非常繁杂。此外，当拆下卡合 部件502时，与安装卡合部件502的情况不同，不需要进行信号处理部113的 运算，而是要直接使用三维位置测量单元117所求出的位置。因此，必须通过 测定基准点或测定光纤106、109的前端来变更运算方法，因此变得繁杂。

在本发明中，如图9所示，当测定基准点时，将具有与光纤插头204相同 形状以及尺寸的仿真插头1303插入到合部件502的开口2511。具体而言，将 从仿真插头1303的前端至后端为止的距离L设计成与从图3(b)的光纤106 的前端至棒状部材的上端为止的距离2608相同。由此，操作员使仿真插头1303 的前端1304接触基准点，如果按压测量按键2505则能够检测基准点的位置。 因此，不需要拆下或安装卡合部件502的繁杂的作业，也不需要变更信号处理 部113的运算方法，而能够容易地测量被检体上的基准点的位置。

(生物体光测量方法)

接着，使用图10等说明生成将另外测定的MRI图像等的被检体的形态图 像与生物体光测量图像进行重叠的图像的方法。MRI图像等的形态图像与生 物体光测量结果的重叠图像的详细生成流程是在专利文献1等中记载的公知 的技术，因此，在此说明概略，对该过程中的本发明的光纤以及基准点的位置 测定方法进行详细的说明。

首先，操作员将所有的光纤106、109的光纤插头204依次固定在底座108 孔中，配置成在被检体107的表面上前端以预定的压力接触光纤106、109。 可以在该状态下进行生物体光测量来生成生物体光测量图像，也可以在步骤 1205之后进行生物体光测量。在控制部103的控制下，从光照射部101的光 纤106向被检体107照射光，通过光纤109吸取通过被检体107的光并进行检 测，通过信号处理部113生成生物体光测量图像来进行生物体光测量。

当操作员操作输入输出部116来启动图11(a)的光纤位置测量的主画面 2801时，信号处理部113在消息窗口2802显示催促在进行基于移动型位置传 感器118的被检体107上的基准点的位置测量之前在卡合部件(也被称为磁传 感器罩)502安装仿真插头(也被称为假插头)1303的消息(图10的步骤1208)。

当按下消息窗口2802上的“取消”按键时，结束光纤位置测量的主画面 2801，中断光纤位置测量。

按照消息窗口2802的消息，操作员在卡合部件502安装仿真插头1303 后，按下“是”按键，则向图11(b)所示的画面转移。在图11(b)的画面 中，显示区域2803显示表示基于移动型位置传感器118的被检体107上的基 准点(例如，鼻根(nasion)、右耳上端部、左耳上端部等)的位置测量结果。 当操作员使仿真插头1303的前端与被检体上的基准点接触，按下测量按键 2505时，三维位置测量单元117计算出此时的移动型位置传感器118的位置， 信号处理部118根据上述的公式(1)通过运算计算出被检体上的基准点位置 (步骤1201)。如图12(a)所示，在显示区域2803显示计算出的基准点位置， 并且存储在存储部115内的预定区域。对所有的基准点测定为止重复进行。

若对所有的基准点存储了位置数据，则如图12(b)所示，信号处理部113 在消息窗口2804显示催促从移动型位置传感器118的卡合部件502拆下仿真 插头1303的消息。当按下消息窗口2804上的“取消”按键时，向图11(b) 所示的画面转移，能够再次进行被检体107上的基准点的位置测量。

当操作员按照消息从移动型位置传感器118的卡合部件502拆下仿真插头 1303后，按下消息窗口2804上的“是”按键时，向图13所示的画面转移， 结束被检体107上的基准点的位置测量(步骤1201)，能够进行基于移动型位 置传感器118的光纤106、109的测量(步骤1205)。具体而言，如图7(a) 以及图14所示，在将光纤插头204固定在底座108上的状态下，使卡合部件 502沿着光纤106的前端的轴向接近，以便使光纤插头204的位置不发生偏差。

然后，如图7(b)以及图15所示，将光纤插头204插入(卡合)到卡合 部件502的开口2511，使移动型位置传感器118的前端与棒状部材2607的上 端接触。操作员从开口部2504的窗口2507通过目测能够确认是否接触。在该 状态下，当操作员押下测量开关2505时，三维位置测量单元117计算出此时 的移动型位置传感器118的位置，信号处理部118按照上述的公式(1)通过 运算计算出光纤106的前端306的位置(步骤1205)。在图13的显示区域2805 显示计算出的光纤106的前端306的位置，并且存储在存储部115内的预定的 区域。对所有的光纤106、109测定为止进行重复。

另一方面，信号处理部113读入另外测定的被检体的形态图像(被检体的 MRI图像或CT图像等的头表图像、脑表图像)(步骤1202)。信号处理部103 将读入的形态图像通过图像处理等计算出基准点(例如，鼻根(nasion)、右 耳上端部、左耳上端部等)的位置(步骤1203)。

信号处理部103计算出用于将在步骤1201计算出的基准点的位置坐标投 影到在步骤1203计算出的被检体的形态图像的基准点上的变换参数(步骤 1204)。

信号处理部103使用计算出的变换参数，将在步骤1205计算出的光纤106， 109的前端位置投影到形态图像上，并计算出其位置坐标(步骤1206)。

使用形态图像上的光纤106、109的前端位置坐标，将生物体光测量图像 投影到形态图像上，生成在形态图像上重叠生物体光测量图像的图像(步骤 1207)。由此，例如图16所示，能够生成生物体光测量图像1403与形态图像 1402重叠的图像1401。信号处理部113在显示装置114显示所生成的重叠图 像1401，并且存储在存储部115中。

(测量光纤位置所需要的时间)

根据如上所述的本实施方式的位置测量方法，测定了进行32根光纤106、 109的位置的测量所需要的作业时间。图17表示该结果。在图17，纵轴表示 操作所需要的作业时间，横轴表示五名操作员。

作为比较例，显示按照现有的位置测量方法同样测量32个光纤的位置时 所需要的行动时间。如图18(a)、(b)所示，比较例的位置测量方法是从底 座108拆下光纤插头204的一端，将移动型位置传感器118插入操作员推定为 有拆下的光纤106、109的前端位置306的位置来推定位置，之后再次将光纤 插头204安装到底座108上。

如从图17明确的那样，与比较例的位置测量方法相比，当五名操作员都 使用本发明的测量方法时，作业时间显著地缩短。此外，根据操作员的熟练度 位置测量所需要的作业时间不同，但使用本发明的测量方法时，能够以使用比 较例的方法的情况的作业时间的约30％的作业时间完成位置测量。

比较例的方法应注意从底座108拆下光纤插头204时，底座108相对被检 体107的位置不产生偏差。底座108相对被检体107的位置是否发生偏差基于 操作员的技能。此外，从底座108拆下光纤插头204后，操作员使用移动型位 置传感器118通过目测测量是否是光纤106的前端位置306的位置，因此存在 误差容易重叠的问题。对此，本发明的测量方法不需要从底座108拆下光纤插 头204，从而能够直接测定光纤的前端位置，因此能够高精度地测量光纤的前 端位置。

另外，在本实施方式中，如图3所示，将光纤插头204分为固定在光纤 106上的部分2603、2607和保持它们的保持部2602，在这些之间配置弹簧2605 的结构，本发明并不局限于该结构。通过移动型位置传感器118测量固定在光 纤106、109上的插头位置的话，能够得到相同的效果。

例如，图19所示，仅由固定在光纤106上的部分构成光纤插头906时， 通过移动型位置传感器118测量光纤插头906的上部面907的位置即可。

在本实施方式中，从移动型位置传感器118与棒状部材2607的接触部的 位置，通过运算计算出光纤106的前端306的三维位置，因此从减少测量误差 的观点来看，从棒状部材2607的上端到光纤的前端306为止的距离L最好较 短。另一方面，如图20所示，为了使移动型位置传感器118的方向与光纤插 头204的方向一致，插入卡合部件502的开口的光纤插头204的长度L2最好 较长，希望至少在1cm以上。作为一例，从对L、L2满足上述的要件，并且 光纤插头204的结构上的限制，能够设定L为约2～5cm左右，L2为约1～3cm 左右。

为了使移动型位置传感器118的方向与光纤插头204的方向一致，基于操 作员的卡合部件502的保持部(躯干部2502、2503)的长度L3最好较长。另 一方面，考虑基于操作员的卡合部件502的保持部(躯干部2502、2503)的 手环时，L3最好是比较容易安装的长度。考虑这些时，作为一例，能够将卡 合部件502的长度L3设计成为8～15cm左右。

此外，将卡合部件502卡合到光纤插头204后，为了从光纤插头204平缓 地拆下卡合部件502，卡合部件502能够采用如下的结构。例如，在卡合部件 502的开口2511内事先涂上润滑油，将卡合部件502平缓地连接至光纤插头 204，能够从光纤插头204平缓地拆下卡合部件502。此外，如图20所示，也 可以构成为：将塑料等非磁性体材料的弹簧1010配置在卡合部件502的开口 2511内，在卡合部件502与光纤插头204的上表面之间产生弹簧1010的反作 用力，从而从光纤插头204平缓地拆下卡合部件502。

<实施方式二>

在实施方式一中，将生物体光测量图像重叠到被检体的形态图像上，但本 发明并不局限于此。在实施方式二中，生成被检体的仿真形态图像与生物体光 测量结果的重叠图像。

图21是表示被检体的头表图像的仿真形态图像与生物体光测量结果的重 叠图像的生成流程。被检体的头表图像的仿真形态图像与生物体光测量结果的 重叠图像的详细的生成流程是在专利文献1和日本专利第4266453号公报等中 详细地被记载的公知的方法，因此，在此说明概略，对该流程中的应用本发明 的地方进行如下说明。

MRI装置和CT装置的价格较高，因此经常难以取得MRI图像等的被检 体的形态图像。在这样的情况下，通过使用被检体107的头表图像的仿真形态 图像，能够在检体的仿真形态图像上简易地显示生物体光测量结果。

首先，与实施方式一的图10的步骤1208、1201相同，通过移动型位置传 感器118测量被检体上的基准点的位置。

接着，预先准备的头表图像的仿真形态图像的读入(步骤1502)。在本实 施方式中，作为仿真形态图像使用线框图像。在读入的仿真形态图像上，通过 图像处理等计算出预定的基准点(鼻根(nasion)、右耳上端部、左耳上端部 等)步骤1503)。

接着，使用在步骤1201进行了测定的被检体107的基准点位置和上述的 预先准备的仿真形态图像中的基准点位置，针对仿真形态图像进行尺寸的校正 等，生成与被检体107的基准点位置一致的基准点的仿真形态图像(步骤1504)。 这样仿真形态图像(线框图像)的生成方法是在日本专利第4266453号公报(图 4等)中记载公知的技术。

之后，与实施方式一的步骤1204相同，计算出将在被检体107测定的基 准点位置投影到被检体的仿真形态图像上的基准点的变换参数(步骤1505)。

信号处理部103使用计算出的变换参数，将在步骤1205计算出的光纤106、 109的前端位置投影到仿真形态图像上，并计算出该位置坐标(步骤1507)。 使用仿真形态图像上的光纤106、109的前端位置坐标，将生物体光测量图像 投影到仿真形态图像上，生成在仿真形态图像上与生物体光测量图像重叠的图 像(步骤1508)。由此，例如图22所示，能够生成将生物体光测量图像1403 与仿真形态图像(线框图像)1601重叠的图像。

<实施方式三>

在实施方式三中，将光纤插头204安装在底座108上，在使光纤106、109 接触被检体107的作业中，实时地显示在MRI图像等的被检体的形态图像上 的光纤106、109的前端位置。由此，辅助光纤106、109的设置位置的决定。 在向被检体107设置光纤106、109的作业中，实时地显示在MRI图像等的被 检体的形态图像上的光纤设置位置的方法是在专利文献1中记载的公知的技 术，因此在此说明概略，以下对该流程中的应用本发明的测量手法的地方进行 说明。

图23是表示实时地在形态图像上显示光纤设置位置的流程的流程图。与 实施方式一的步骤1208、1201相同，使用移动型位置传感器118进行被检体 107上的基准点的位置测量。但是，在实施方式一中，最初在底座108上安装 所有的光纤插头204后进行步骤1208、1201，但在实施方式三中，在安装光 纤插头204前，进行步骤1208、1201来测量基准点。

接着，与实施方式一的步骤1202、1203以及1204相同，读取预先拍摄的 形态图像(通过MRI装置或CT装置等拍摄的被检体的头表图像、脑表图像)， 计算出基准点的位置，计算出将在步骤1201测量的基准点投影到被检体的形 态图的基准点上的变换参数。

将光纤插头204安装在底座108上，与实施方式一的步骤1209、1205相 同，使卡合部件502与所安装的光纤插头204卡合，通过移动型位置传感器 118测量光纤106、109的前端位置(步骤1705)。该测量，可以在每次安装一 个光纤插头204时进行，也可以在安装几个光纤插头204后统一对其进行测量。

使用在步骤1204计算出的变换参数，将被测量的光纤106、109的前端位 置投影到形态图像上，并求出该位置坐标(步骤1706)。在形态图像上显示形 态图像上的光纤106、109的前端位置(步骤1707)。

由此，例如图24所示，能够生成并显示使光纤106、109的前端位置1803 与形态图像1402重叠的图像1801。通过重复步骤1705～1707直到设置所有的 光纤106、109为止，能够在形态图像1402显示所有的光纤106、109的位置。

操作员可实时地掌握光纤设置位置在被检体的形态图像上处于哪个位置。 因此，图像1801帮助向被检体107的光纤设置位置的决定。

在本发明中，无需从底座108拆下光纤插头204，也能够进行基于移动型 位置传感器118的光纤106、109的前端位置的测量，因此能够准确地显示安 装的光纤106、109的位置。此外，不需要为了位置测量拆下光纤插头204的 作业，因此能够进一步提高光纤设置点的显示的实时性。

<实施方式四>

在实施方式四中，与实施方式三同样，一边在被检体107的形态图像上安 装光纤106、109，一边实时地显示该前端位置，并且一并显示过去进行生物 体光测量时的光纤106、109的前端位置，操作员在图像上能够掌握该位置关 系。

有时希望针对相同的被检体107，以进行其病状的经过观察等为目的，进 行重复，在相同的位置设置光纤106、109，进行生物体光测量。然而，很难 将光纤106、109设置成与过去配置的光纤106、109的前端位置完全一致，因 此在本实施方式四中，在MRI图像等被检体的形态图像上，生成实时地显示 过去的光纤106、109的位置与当前正在进行安装作业的光纤106、109的位置 的图像并进行显示，由此帮助光纤的设置作业。另外，生成这样的图像是在专 利文献1中记载的公知的技术，因此在此说明概略，对该流程中的、应用本发 明的测量方法的地方进行如下的说明。

图25是表示本实施方式的流程的流程图。对于步骤1201～1204、1208、 1705以及1706，与实施方式三相同，因此省略其说明。根据这些步骤进行作 业来计算出所安装的光纤106、109的前端位置在被检体的形态图像上的位置 坐标。

另一方面，在步骤1907从存储部115读入过去测量时的被检体107上的 基准点的位置，计算出将该基准点投影到在步骤1202读入的形态图像上的变 换参数(步骤1908)。该处理与步骤1204相同。

信号处理部103从存储部115读入过去测量时的光纤106、109的前端位 置，使用计算出的变换参数投影到形态图像上，计算出该位置坐标(步骤1909、 1909)。能够与步骤1706同样地进行该处理。在步骤1909从存储部115读入 过去的光纤106、109的前端位置可以仅与在步骤1705测量的光纤106，109 对应，也可以对所有的光纤106、109读入。

在形态图像上重叠地显示在步骤1706计算出的当前正在安装的光纤106、 109的前端位置和过去的光纤106、109的位置(步骤1910)。

由此，例如图26所示，能够生成当前正在安装的光纤106、109的前端位 置1803和过去测量时的光纤106、109的前端位置2004与形态图像1402重叠 的图像1801并进行显示。因此，操作员能够掌握在被检体的形态图像1402 上过去进行生物体光测量时的光纤106、109的设置位置与通过当前的作业正 在安装的光纤106、109的位置是否一致的位置关系，当存在偏差时，能够移 动底座108的位置来进行重新安装光纤插头204等的修正。因此，能够使光纤 接触与过去测量中的光纤位置一致的位置来进行生物体光测量。

在此，使用图27以及图28进一步说明使通过当前的作业安装的光纤的前 端位置与过去测量时的光纤的前端位置一致的方法。在生物体光测量中，具有 多个光纤106、109，每一个都是通过底座108保持，因此不能使光纤106、109 相互完全独立地移动。在本实施方式中，使三个位置的光纤设置点与过去生物 体光测量时的光纤设置点的位置一致。

首先，使用图27说明使每个位置一致的方法。

如图27(a)所示，同被检体的头表图像2101、脑表图像2102一起显示 过去生物体光测量时的光纤前端的位置A(2104)、位置B(2105)以及位置 C(2106)。底座108的位置并不一定重要，有时不显示，但在此为了便于说 明，在图中进行了记载。

实时地显示最初设置的光纤的前端位置a(2107)。修正底座108的位置 以便使这些与位置A(2104)一致。将位置a(2107)的坐标值设为a，将位 置A(2104)的坐标值设为A时，以辅助光纤的设置为目的，作为位置a(2107) 与位置A(2104)的偏差，信号处理部113能够显示与|A－a|成比例的长度 的误差条2112、2113。将偏差较大时的误差条2112的长度显示成较长，将偏 差较小时的误差条2113显示成较短。操作员进行移动底座108的操作以便使 误差条变得较短，由此能够容易地将第一光纤设置在位置A(2104)上。

此外，也可以构成为：信号处理部113在显示画面上显示表示与用于纠正 偏差方向的操作方向相当的向量A－a的方向的箭头2114。并且，也可以发出 与偏差大小|A－a|成比例的音量的哔哔声，以便操作员通过声音也能够识 别偏差的大小。

接着，在图27(b)上表示进行第二光纤的设置的情况。实时地显示要第 二设置的光纤设置点的位置b(2108)，以这些与位置B(2105)一致的方式 设置光纤。此时，第一光纤插头与第二光纤插头通过底座108连接，因此为了 不使已经设置完成的第一光纤从位置A(2109)移动，用手按压的同时移动底 座108，以第二设置的光纤的位置b(2108)与过去的位置B(2105)一致的 方式进行设置。此时，与第一光纤设置时相同，以辅助第二光纤的位置为目的， 显示与位置b(2108)和位置B(2105)的偏差的大小|B－b|成比例的长度 的误差条2115、2116，或者显示表示与用于纠正偏差方向的操作方向相当的 向量B－b的方向的箭头2117，或者可以发出与偏差大小|B－b|成比例的音 量的哔哔声。

之后，在图27(c)上表示进行第三光纤的设置的情况。实时地显示要第 三设置的光纤设置点的位置c(2110)，以这些与位置C(2106)一致的方式设 置光纤。此时，第一光纤插头以及第二光纤插头与第三光纤插头通过底座连接， 因此为了不使已经设置完成的第一以及第二光纤从各自的位置A(2109)以及 位置B(2111)移动，用手按压的同时进行在第三设置的光纤的设置。同样， 显示与|C－c|成比例的长度的误差条2118、2119，或显示箭头2120，或可 发出哔哔声。

由此，操作员辅助光纤位置的修正的同时，能够实时地显示正在安装的光 纤位置和过去的光纤位置。

接着，使用图28说明使三个位置的光纤位置同时与过去的三个位置的光 纤位置一致的方法。

图28实时地显示通过使用三根移动型位置传感器118同时测量三个位置 的光纤的当前位置作为位置a(2207)、位置b(2208)以及位置c(2209)。

由于显示三个位置的光纤的当前位置，因此使该各自的位置与过去的生物 体光测量时的光纤设置点的位置一致时，能够同时毫无偏差地进行设定。此时， 将当前的光纤位置a、b、c(2207、2208、2209)的坐标值分别设成a、b、c、 将过去的光纤位置A、B、C(2204、2205、2206)的坐标值设为A、B、C时， 以辅助三个位置的光纤设置为目的，能够同时显示与|A－a|、|B－b|、| C－c|成比例的长度的误差条2214、2215、2216、2218、2219、2220作为每 个位置的偏差。此外，也能够示出表示向量A－a、B－b、C－c的箭头2210、 2211、2212。并且，作为三个位置的光纤设置位置的偏差的平均，能够显示与 (|A－a|+|B－b|+|C－c|)/3成比例的长度的误差条2213、2217， 或者也能够显示其向量2221。也能够发出与(|A－a|+|B－b|+|C－c|) /3成比例的音量的哔哔声。

<实施方式五>

在实施方式四中，在通过MRI装置等测定的被检体的形态图像上重叠地 显示实时的光纤位置，但在实施方式五中，在被检体的仿真形态图像(线框图 像)上重叠地显示实时的光纤位置。

图29是表示实施方式五的流程的流程图。在图29的流程中，步骤1201， 1205、1208、1209、1502～1505、1507与实施方式二的图21的这些步骤相同， 但与实施方式二的不同点在于，根据这些步骤进行当前作业来计算出所安装的 光纤106、109的前端位置在被检体的形态图像上的位置坐标。对这些，与实 施方式三、四相同。

另一方面，与实施方式四的步骤1907同样，从存储部115读入过去测量 时的被检体107上的基准点的位置，并计算出将该基准点投影到在步骤1503 读入的仿真形态图像上的变换参数(步骤2309)。此外，与实施方式四的步骤 1908～1909同样，信号处理部103从存储部115读入过去测量时的光纤106、 109的前端位置，并将其投影到仿真形态图像上，计算出该位置坐标(步骤 2309～2311)。与实施方式四的不同点在于，在实施方式四中投影到形态图像上， 但在实施方式五中投影到仿真形态图像上。

在仿真形态图像上重叠地显示在步骤1507计算出的当前正在安装的光纤 106、109的前端位置与过去的光纤106、109的位置(步骤2312)。由此，能 够在被检体的仿真形态图像上，实时重叠地显示当前正在安装的光纤的前端位 置与过去的光纤前端位置。

在图30作为一例示出了在被检体的仿真形态图像2401上实时地重叠当前 正在安装的光纤的前端位置1803和过去生物体光测量时的光纤的前端位置 2004的图像的例子。

以上，根据说明的本发明的实施方式，能够解决以下说明的技术课题。

在临床现场中，使生物体光测量装置的图像与头表图像或脑表图像以及X 射线CT图像或MRI图像重叠，为了使用该图像进行诊断，希望高位置精度 且准确地使两个图像重叠。

具体而言，希望以毫米单位以下的精度测定生物体光测量装置的光纤位置。 在专利文献1中，通过使移动型位置传感器的前端接触探针底座的光纤设置孔， 来检测位置。

然而，探针底座的光纤设置孔的大小是1～2cm左右，并且探针底座因头 发从头皮隆起，由此不能从探针底座的光纤设置孔的位置直接测定光纤前端与 头皮的接触位置。此外，被检体的头的大小以及形状的个体差异较大，探针底 座与头皮距离较大程度上依赖发量，长度、生长方式。因此，很难从探针底座 的光纤设置孔的位置高精度地推测光纤前端的位置。

另一方面，将光纤前端固定在头皮以便使用生物体光测量装置，从光纤向 头皮照射光，能够从其他的光纤检测光的作业，为了使光纤向头皮的接触不会 因头发受到妨碍，因此非常需要耐心。作为具体的作业，首先，将金属片的探 针底座通过带子等固定在被检体的头部，通过细棒避开头发的同时使光纤的前 端接触头皮，将光纤固定在探针底座上。

此时，当光纤前端以过于强的压力按到头皮上时，被检体感到疼痛，因此 并非为较佳，相反，当光纤前端从头皮浮起时，光信号中混入噪音，不能检测 光信号。因此，需要以适当的压力使光纤前端接触头皮。重复光纤的数量(通 常30根～80根)份进行该作业。并且，一旦作业人员的手接触固定的光纤， 即使前端位置偏差0.5mm，光信号中也会混入噪音而不能进行测定，因此需 要细心地注意不要接触已经固定的光纤以免前端位置发生偏差的同时，固定其 他的光纤。并且，每个光纤与电缆连接，在误接触电缆而发生拖拽的情况下， 光纤前端的位置也会发生偏差，因此需要不要接触电缆。

如上所述，通过移动型位置传感器以毫米单位以下的精度检测通过细心的 作业固定的光纤前端的位置是非常困难的。在实际的临床现场中，为了使生物 体光测量装置的图像与X射线CT图像等重叠，通过移动型位置传感器按如下 顺序测量光纤前端的位置。该顺序是一种从探针底座的孔拆下一根如上所述细 心注意地固定的光纤，将移动型位置传感器插入该光纤前端原本所在的位置， 使前端与头皮接触来检测位置，通过棒避开头发的同时重新将光纤固定在原来 的位置上的方法。在此期间，需要避免接触邻接的光纤或电缆。对所有的光纤 (通常30根～80根)，依次重复该作业。

因此，通过移动型位置传感器测定光纤与头皮的接触位置的方法，到测定 为止准备需要时间，因此存在能够一天内测定的被检体数量被限制为一人至二 人的问题。将光纤向被检体安装需要时间，因此被检体也会感到负担。此外， 一旦从探针底座拆下光纤，将移动型位置传感器插入具有该光纤前端的位置来 进行测定，因此不能直接测定光纤向头皮的接触位置，操作员一边推测拆下之 间的前端位置一边进行测量，因此不能进行准确的位置测量。根据本发明的实 施方式，能够解决这些问题。

符号说明

101 光照射部、102 光测量部、103 控制部、104 半导体激光、105 光模块、106 光纤、107 被检体、108 底座、109 光纤、110 光电转换元件、111 锁定放大器 模块、112 A/D转换器、113 信号处理部、114 显示装置、115 存储部、116 输 入输出部、117 三维位置测量单元、118 移动型位置传感器、119磁 场产生模 块、120 磁场产生区域、202 带子(帽带)、204 光纤插头、306 光线的前端、 2502 左侧躯干部、2503 右侧躯干部、2504 开口部、2505 螺母、2506 按键用 孔、2507 窗口、2508 槽、2510 切口、2511 开口、2602 保持部、2603 筒状部、 2604 螺钉状的突起、2605 弹簧、2607 棒状部材、2609 螺钉、2112、2113、2115、 2116、2118、2119、2213～2220 误差条