專利名稱：生物體光測(cè)試裝置和光測(cè)試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明，涉及例如日本公開專利特開2000-237194號(hào)公報(bào)中所公布的腦功能測(cè)試領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
用圖1(A)、(B)來說明腦功能測(cè)試的一個(gè)例子。圖1(A)是腦功能測(cè)試裝置的概要與被檢驗(yàn)者的關(guān)系圖，圖1(B)表示的是對(duì)被檢驗(yàn)者的頭部照射光的照射裝置的安裝位置S與安裝接受照射到被檢驗(yàn)者的頭部的光所透過的光的受光用光導(dǎo)纖維的位置D的排列的一個(gè)例子。
腦功能測(cè)試裝置，設(shè)置有波長(zhǎng)不同的多個(gè)光源102a～102d(光源102a和102c，例如波長(zhǎng)為780nm，光源102b和102d，例如波長(zhǎng)為830nm)；將上述多個(gè)光源102a和102b(102c和102d)的光分別按互不相同的頻率進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制的振蕩器101a和101b(101c和101d)；多個(gè)光照射裝置，該多個(gè)光照射裝置，分別通過光導(dǎo)纖維103a和103b由耦合器104a耦合、以及分別通過光導(dǎo)纖維103c和103d由耦合器104b耦合被強(qiáng)度調(diào)制過的光，通過光照射用光導(dǎo)纖維105a和105b將這些耦合光照射到被檢驗(yàn)者106的頭皮上不同的位置；和多個(gè)受光裝置，該多個(gè)受光裝置，由多個(gè)受光用光導(dǎo)纖維107a～107f和受光器108a～108f構(gòu)成，多個(gè)受光用光導(dǎo)纖維107a～107f，被設(shè)置為其前端位于上述多個(gè)光照射裝置的光照射位置附近、距上述光照射位置大致等距離(這里，取為30mm)的位置上，而受光器108a～108f設(shè)置在這些多條受光用光導(dǎo)纖維107a～107f的另一端。
在圖1(A)的例子中，如圖1(B)所示，把3條受光用光導(dǎo)纖維(記為D)107a～107c和107d～107f分別配置在光照射用光導(dǎo)纖維(記為S)105a和105b的周圍，把生物體通過光聚光于光導(dǎo)纖維內(nèi)，并進(jìn)行檢測(cè)。由受光器108a～108f分別將所檢測(cè)到的生物體通過光進(jìn)行光電變換。上述受光裝置檢測(cè)在被檢驗(yàn)者的頭部的內(nèi)部所反射而透過的光并變換為電信號(hào)，作為受光器108a～108f使用光電倍增管或光電二極管為代表的光電變換元件。
表示被受光器108a～108f光電變換過的生物體通過光強(qiáng)度的電信號(hào)(下稱生物體通過光強(qiáng)度信號(hào))分別被輸入到鎖定放大器109a～109h。這里，為了檢測(cè)出由距光照射用光導(dǎo)纖維105a和105b的兩方等距離的受光用光導(dǎo)纖維107c和107d所聚光的生物體通過光強(qiáng)度，受光器108c和108d將來自受光器108c和108d的信號(hào)分離為2個(gè)系統(tǒng)，然后輸入到鎖定放大器109c、109e和109d、109f。把來自振蕩器101a和101b的強(qiáng)度調(diào)制頻率作為參照頻率輸入到鎖定放大器109a～109d，而把來自振蕩器101c和101d的強(qiáng)度調(diào)制頻率作為參照頻率輸入到鎖定放大器109e～109h。因此，由鎖定放大器109a～109d分離輸出對(duì)于光源102a和102b的生物體通過光強(qiáng)度信號(hào)，由鎖定放大器109e～109h分離輸出對(duì)于光源102c和102d的生物體通過光強(qiáng)度信號(hào)。
用模/數(shù)變換器(下稱A/D變換器)110把作為鎖定放大器109a～109h的輸出的所分離出來的每種波長(zhǎng)的通過光強(qiáng)度信號(hào)進(jìn)行模/數(shù)變換后，送到測(cè)試控制用計(jì)算機(jī)111。在測(cè)試控制用計(jì)算機(jī)111中使用生物體通過光強(qiáng)度信號(hào)從各檢測(cè)點(diǎn)的檢測(cè)信號(hào)計(jì)算氧化血紅蛋白濃度、脫氧血紅蛋白濃度和總血紅蛋白濃度的相對(duì)變化量，并作為多個(gè)測(cè)試點(diǎn)的經(jīng)過時(shí)間信息存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)111的存儲(chǔ)裝置內(nèi)。這里，總血紅蛋白濃度的相對(duì)變化量作為氧化血紅蛋白濃度和脫氧血紅蛋白濃度變化量之和給出。
另一方面，為了進(jìn)行被檢驗(yàn)者的腦功能的測(cè)試，給予被檢驗(yàn)者規(guī)定的刺激·任務(wù)，評(píng)價(jià)對(duì)刺激·任務(wù)的響應(yīng)。因此，總體控制兼數(shù)據(jù)處理·結(jié)果顯示用計(jì)算機(jī)114，把指令送到測(cè)試控制用計(jì)算機(jī)111，測(cè)試控制用計(jì)算機(jī)111根據(jù)指令，按照預(yù)先準(zhǔn)備好的刺激·任務(wù)命令序列，對(duì)被檢驗(yàn)者用刺激·任務(wù)命令出示裝置113提示刺激·任務(wù)命令。對(duì)被檢驗(yàn)者的腦子內(nèi)的對(duì)刺激·任務(wù)命令的應(yīng)答像上述那樣進(jìn)行光測(cè)試?？傮w控制兼數(shù)據(jù)處理·結(jié)果顯示用計(jì)算機(jī)114和測(cè)試控制用計(jì)算機(jī)111進(jìn)行必要的信息交換。
原來，在評(píng)價(jià)被檢驗(yàn)者對(duì)刺激·任務(wù)的應(yīng)答時(shí)，重復(fù)進(jìn)行測(cè)試后，根據(jù)所得到的平均應(yīng)答的信號(hào)幅度來檢定信號(hào)的顯著性，確定顯著的活動(dòng)區(qū)域。
專利文獻(xiàn)1特開2000-237194號(hào)公報(bào)應(yīng)答期間的取法中存在任意性，因包含在信號(hào)內(nèi)的贗象而有不能顯現(xiàn)充分的檢測(cè)能力的場(chǎng)合。因此，要開發(fā)能夠準(zhǔn)確評(píng)價(jià)被檢驗(yàn)者對(duì)刺激·任務(wù)的應(yīng)答的有效的檢測(cè)方法以及結(jié)果的顯示方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明，著眼于同源的活動(dòng)為相位同步這樣的原理，為評(píng)價(jià)被檢驗(yàn)者的應(yīng)答而著眼于對(duì)被檢驗(yàn)者的刺激·任務(wù)和被檢驗(yàn)者的應(yīng)答結(jié)果的相位同步性來檢測(cè)出活動(dòng)區(qū)域。從信號(hào)的幅度和相位兩個(gè)方面來解析同步性，圖2(A)、(B)是說明信號(hào)同步性的簡(jiǎn)圖。圖2(A)所表示的是周期性地給出任務(wù)期間和休止期間時(shí)所得到的結(jié)果的信號(hào)例A、B。信號(hào)例A是幅度同步性和相位同步性都滿足時(shí)的結(jié)果例，信號(hào)B是幅度無同步性而相位有同步性的結(jié)果例。圖2(B)是將其列成表表示的結(jié)果。
本發(fā)明，著眼于為了評(píng)價(jià)被檢驗(yàn)者的應(yīng)答強(qiáng)調(diào)以幅度同步性為條件。即，將對(duì)應(yīng)于給予被檢驗(yàn)者的刺激·任務(wù)的信號(hào)作為基準(zhǔn)信號(hào)，求出與對(duì)應(yīng)于被檢驗(yàn)者的應(yīng)答的測(cè)試信號(hào)的相位差，并將相位同步性數(shù)值化，進(jìn)而對(duì)該數(shù)值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理并把可靠度數(shù)值化，最后根據(jù)顯著的數(shù)據(jù)把腦活動(dòng)的部位和功能的結(jié)合狀態(tài)顯示出來。


圖1(A)是腦功能測(cè)試裝置的概要與被檢驗(yàn)者的關(guān)系圖，圖1(B)是安裝對(duì)被檢驗(yàn)者的頭部照射光的照射裝置的位置S與安裝接受照射到被檢驗(yàn)者的頭部的光所透過的光的受光用光導(dǎo)纖維的位置D的排列的一個(gè)例子的示例圖。
圖2(A)、(B)是說明信號(hào)的同步性的簡(jiǎn)圖。其中(A)是周期性給與任務(wù)期間和休止期間時(shí)所得到的結(jié)果的信號(hào)例A、B的示圖，(B)是將其結(jié)果列成的表。
圖3是實(shí)施例1中的生物體測(cè)試裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
圖4(A)～(F)是由實(shí)施例1所得到的相位同步性解析結(jié)果的一例的說明圖。其中(A)是探頭的構(gòu)成例；(B)是評(píng)價(jià)總血紅蛋白量變化的測(cè)試結(jié)果的相位同步性的結(jié)果；(C)是以圖的方式表示圖4(B)的結(jié)果的示圖；(D)是為進(jìn)行比較，由同一測(cè)試結(jié)果，與圖4(C)一樣，表示像原來那樣根據(jù)刺激期間的信號(hào)幅度所檢定的結(jié)果的示圖；(E)是用更加易于理解的形式向用戶以圖的方式顯示圖4(B)、圖4(C)的結(jié)果的情況下的顯示例的示圖；(F)是對(duì)應(yīng)于圖4(C)以圖的方式顯示圖4(D)的結(jié)果的示例圖。
圖5(A)是實(shí)施例2的探頭的構(gòu)成例及配置的示意圖，同時(shí)，表示出相位同步性的評(píng)價(jià)結(jié)果；圖5(B)是與圖4(E)所示的一樣，將圖5(A)所示的結(jié)果可視化，把從上方看到的頭的圖顯示在圖象上的示圖。
圖6是從對(duì)應(yīng)于成為基準(zhǔn)信號(hào)的錄音的聽覺分辨所得到的信號(hào)來評(píng)價(jià)相位同步性高的測(cè)試通道的示圖。
圖7是按顯著水準(zhǔn)1％判定從對(duì)應(yīng)于錄音的聽覺分辨所得到的信號(hào)評(píng)價(jià)相位同步性的結(jié)果所得到的結(jié)果的示圖。
圖8是對(duì)圖6所示的從對(duì)應(yīng)于成為基準(zhǔn)信號(hào)的錄音的聽覺分辨所得到的信號(hào)來表示關(guān)于相位同步性高的測(cè)試通道的應(yīng)答速度的示圖。
圖9是從對(duì)應(yīng)于錄音的聽覺分辨所得到的信號(hào)評(píng)價(jià)相位同步性，并把應(yīng)答速度信息顯示在顯示按顯著水準(zhǔn)1％判定其評(píng)價(jià)結(jié)果所得到的結(jié)果的圖7上的示圖。
圖10是將被檢驗(yàn)者的腦活動(dòng)動(dòng)態(tài)可視化后顯示出來的一例的示圖。
符號(hào)一覽表101振蕩器，102光源，103光纖，104結(jié)合器，105光纖，106測(cè)試對(duì)象(被檢驗(yàn)者)，107受光用光纖，108受光器，109鎖定放大器，110?！?shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)，111測(cè)試控制用計(jì)算機(jī)，112刺激·任務(wù)命令序列，113刺激·任務(wù)命令呈示裝置，114綜合控制兼數(shù)據(jù)處理結(jié)果·顯示用計(jì)算機(jī)，210本裝置，201，204接口，202CPU，203存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)裝置，206總線，211顯示裝置，212鍵盤，213指示設(shè)備。
具體實(shí)施例方式
在由刺激和任務(wù)兩個(gè)信號(hào)同步時(shí)，著眼于信號(hào)間的相位差為恒定這點(diǎn)，來探討在實(shí)際數(shù)據(jù)中相位差恒定到何種程度。
在計(jì)算相位差時(shí)，使用希爾伯特變換，從所得到的瞬時(shí)相位計(jì)算出各時(shí)刻的相位差。
以下說明希爾伯特變換。分別用式(1)、(2)來定義實(shí)數(shù)函數(shù)f(t)的希爾伯特變換g(t)和逆希爾伯特變換。
g(t)=f(t)⊗1πt=1π∫-∞∞f(τ)t-τdτ······(1)]]>f(t)=g(t)⊗1πt=-1π∫-∞∞g(τ)t-τdτ······(2)]]>其中，表示卷積。
把測(cè)試信號(hào)作為實(shí)數(shù)函數(shù)f(t)，使用希爾伯特變換由式(3)來定義。
Z(t)＝f(t)+jg(t)……(3)如果用極坐標(biāo)來表示該式，就成為式(4)、(5)和(6)。
Z(t)＝r(t)ejθ(t)……(4)其中，r(t)=f(t)2+g(t)2······(5)]]>θ(t)=tan-1g(t)f(t)······(6)]]>r(t)表示f(t)的瞬時(shí)振幅，θ(t)表示瞬時(shí)相位。
在具體的算法中，將解析信號(hào)Z(t)作為測(cè)試信號(hào)f(t)的單側(cè)傅立葉變換來求取。即，將對(duì)應(yīng)于負(fù)頻率的傅立葉變換設(shè)為0。為了使解析信號(hào)近似，計(jì)算測(cè)試信號(hào)f(t)的FFT，再把對(duì)應(yīng)于負(fù)頻率的FFT系數(shù)置換為零，對(duì)該結(jié)果進(jìn)行逆FFT計(jì)算，來求出解析信號(hào)Z(t)。
如果進(jìn)行詳細(xì)說明，使用如下的4步算法。設(shè)輸入數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)為n。
第一步計(jì)算輸入數(shù)據(jù)的FFT，將其結(jié)果存儲(chǔ)為矢量y；第二步元素h(i)，生成具有如下值的矢量h；對(duì)于i＝1，(n/2)+1；h(i)＝1對(duì)于i＝2，3，…，(n/2)；h(i)＝2對(duì)于i＝(n/2)+2，…，n；h(i)＝0
第三步計(jì)算y和h的元素單位的積；第四步計(jì)算在第三步得到的數(shù)據(jù)列的逆FFT，從結(jié)果中將最初n個(gè)元素作為解析信號(hào)Z(t)輸出。
為了客觀地判斷相位差恒定到何種程度，而進(jìn)行統(tǒng)計(jì)性的探討。在[-π，π]范圍內(nèi)用Nb個(gè)筐的直方圖來表示相位差的分布，作為統(tǒng)計(jì)性指標(biāo)按照式(7)、(8)和(9)定義并求出SI(Synchronization Index同步指數(shù))。
SI=Srandom-SSrandom······(7)]]>其中，S=-Σi=1Nbpilog2pi······(8)]]>Srandom＝log2Nb…… (9)(pi第i個(gè)筐的概率密度)在式(8)中出現(xiàn)的pi表示第i個(gè)筐中相位差存在的概率。
在相位差的分布完全均勻，即完全沒有相位同步性的情況下，由于S＝Srandom，所以SI＝0。在完全同步的情況下，SI＝1。因?yàn)閷?shí)際的測(cè)試數(shù)據(jù)包含有多種噪聲成分，得到SI＝1或SI＝0這樣的極端的結(jié)果是極為稀少的。中間的情況，要統(tǒng)計(jì)地判斷是否應(yīng)考慮為存在相位同步性。
作為統(tǒng)計(jì)判斷的方法，這里采用代理數(shù)據(jù)法，所謂代理數(shù)據(jù)法，是指用來進(jìn)行如下的檢定的架構(gòu)。
1.從源數(shù)據(jù)生成多個(gè)統(tǒng)計(jì)性質(zhì)的明確的數(shù)據(jù)(利用隨機(jī)數(shù))。
2.對(duì)該隨機(jī)數(shù)據(jù)計(jì)算成為問題的指標(biāo)。
3.根據(jù)針對(duì)多個(gè)指標(biāo)的樣本值進(jìn)行與源數(shù)據(jù)相關(guān)的指標(biāo)的檢定。
作為代理數(shù)據(jù)，例如采用在無存儲(chǔ)隨機(jī)過程中實(shí)施過與信號(hào)相同的過濾的數(shù)據(jù)。在從50個(gè)代理數(shù)據(jù)中得到的作為統(tǒng)計(jì)指標(biāo)的SI的分布是正態(tài)分布(平均值為0.2236，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.0219)的情況下，作為顯著水準(zhǔn)1％的閾值，可以采用SI＞0.2800。另外，為了探討同步狀態(tài)的時(shí)間變化，設(shè)定短(包含約數(shù)百點(diǎn)左右的數(shù)據(jù))的時(shí)間窗，求出作為該期間內(nèi)的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)的SI，并作為時(shí)間窗的中心時(shí)刻的SI，每隔一定時(shí)間挪一挪時(shí)間窗，這樣，也可以求出SI的時(shí)間變化。
(實(shí)施例1)圖3是實(shí)施例1中的生物體測(cè)試裝置的結(jié)構(gòu)框圖。本裝置210對(duì)應(yīng)于表示圖1所示的測(cè)試控制用計(jì)算機(jī)111的測(cè)試功能的部分。是由與A/D變換器110的接口201、進(jìn)行一系列處理的CPU202、存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)裝置203、與外部設(shè)備205的接口204和與這些部件相連接的總線206所構(gòu)成。另外，在總線206上還連接有顯示裝置211、鍵盤212和指示設(shè)備(例如鼠標(biāo)器)213，用來由測(cè)試控制用計(jì)算機(jī)111的操作者輸入數(shù)據(jù)或向操作者進(jìn)行解析結(jié)果的提示。這里，作為存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置203內(nèi)的程序，被做成為具有對(duì)信號(hào)實(shí)施必要的過濾的過濾程序、由被過濾過的信號(hào)群或外部信號(hào)解析相位同步性的相位同步性解析程序、由相位同步性解析的結(jié)果檢出神經(jīng)活動(dòng)的活動(dòng)檢測(cè)程序、和用來以易于理解的形式向用戶提示所檢出的神經(jīng)活動(dòng)的圖象化程序。將檢出結(jié)果顯示在顯示裝置211上。保存在存儲(chǔ)裝置203內(nèi)的程序由中央運(yùn)算處理裝置202解釋并執(zhí)行。
圖4所表示的是由實(shí)施例1所得到的相位同步性解析結(jié)果的一例的說明圖。
圖4(A)是探頭的構(gòu)成例子圖。安裝在被檢驗(yàn)者頭部的探頭，交替地配置光照射用光導(dǎo)纖維S和受光用光導(dǎo)纖維D，光照射用光導(dǎo)纖維S和受光用光導(dǎo)纖維D之間形成用1～24表示的測(cè)試通道，該圖是說明可以測(cè)試針對(duì)視覺刺激的總血紅蛋白量變化的狀態(tài)圖。可以考慮安裝的位置或被檢驗(yàn)者的頭的大小等、適當(dāng)選擇探頭具備的光照射用光導(dǎo)纖維S和受光用光導(dǎo)纖維D的數(shù)量。對(duì)被檢驗(yàn)者的視覺刺激采用16×16的紅黑國際象棋棋盤刺激，紅黑交替頻率為8赫茲，間歇期為20秒，刺激(任務(wù))期為18秒，重復(fù)6次。
圖4(B)所表示的是評(píng)價(jià)總血紅蛋白量變化的測(cè)試結(jié)果的相位同步性的結(jié)果圖，是橫軸為通道號(hào)，縱軸為各通道SI值(同步指數(shù))，用○表示重復(fù)次數(shù)為6次的SI值的平均值，另外，用折線表示統(tǒng)計(jì)的基準(zhǔn)值(顯著概率1％)的特性圖。因此，在該例中，從通道1、2、4、5、6、8和10得到可評(píng)價(jià)為與國際象棋棋盤刺激已同步的信號(hào)。
圖4(C)表示的是以圖形方式顯示出圖4(B)的結(jié)果圖，按顯著概率1％進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)顯著的通道1、2、4、5、6、8和10，用通道號(hào)表示，非顯著的通道，用涂有黑點(diǎn)的方塊表示，用空白的方塊表示測(cè)試用光導(dǎo)纖維的位置。由圖4(C)可知，檢測(cè)到對(duì)應(yīng)探頭上部的頭部位置的腦活動(dòng)是活躍的。
圖4(D)是為進(jìn)行比較、由同樣的測(cè)試結(jié)果，與圖4(C)一樣，表示出像傳統(tǒng)的那樣根據(jù)刺激期期間中的信號(hào)振幅檢定出來的結(jié)果?？墒牵酶鶕?jù)信號(hào)振幅進(jìn)行的檢定不能按1％的顯著水準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)，而是使用5％的顯著水準(zhǔn)。與圖4(C)相比，在對(duì)應(yīng)于探頭的大部分的頭部位置腦活動(dòng)呈現(xiàn)活躍。由此可知，本發(fā)明的方法靈敏度高，能夠檢測(cè)到局部存在的活動(dòng)。
圖4(E)是將圖4(B)、圖4(C)的結(jié)果以更易于理解的形式以圖形方式顯示給用戶的情況下的顯示例，將分階段變更評(píng)價(jià)檢測(cè)結(jié)果的顯著水準(zhǔn)的結(jié)果作成等高線并與顯示關(guān)聯(lián)起來的圖。即，在本發(fā)明的實(shí)施例1中，將顯著水準(zhǔn)取為0.001、0.005、0.01和0.05時(shí)，可以用圖示的等高線表示活動(dòng)區(qū)域。圖4(C)所示的檢測(cè)結(jié)果對(duì)應(yīng)于顯著水準(zhǔn)為0.01的等高線。由大家熟知的圖象化程序、只要將該等高線做成以顏色的深淺顯示的圖像，用戶就能夠以可視化的形式看到活動(dòng)區(qū)域。
圖4(F)是對(duì)應(yīng)于圖4(C)以圖形方式顯示圖4(D)的結(jié)果的顯示例。如前面已經(jīng)描述過的那樣，在原來的、根據(jù)信號(hào)振幅進(jìn)行的檢定中，不能按1％的顯著水準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)，該例中，顯示出了使用了2％、5％顯著水準(zhǔn)的結(jié)果。該例中，因?yàn)閮H得到兩條等高線，所以，顯示不得不變得散漫。
(實(shí)施例2)實(shí)施例2，是試行作為刺激·任務(wù)序列、讓被檢驗(yàn)者一面聽棒球?qū)崨r廣播的錄音、一面想象自己作為擊球員站著的情形這樣的課題時(shí)的關(guān)于活動(dòng)的評(píng)價(jià)。圖5(A)是實(shí)施例2的探頭的構(gòu)成例及配置的示意圖，同時(shí)表示出相位同步性的評(píng)價(jià)結(jié)果。圖中用卵形的線表示的圖是將從上方觀察到的頭的圖作成圖像，在上部用三角表示的圖形是將看到的鼻子部分作成圖像的圖。將探頭1、探頭2、3和探頭4分別配置在前頭部、左右側(cè)頭部和后頭部。探頭1和探頭2、3構(gòu)成分別可得到22個(gè)測(cè)試通道的探頭，探頭4構(gòu)成可得到24個(gè)測(cè)試通道的探頭。
圖5(A)是實(shí)施例2的探頭的構(gòu)成例及配置的示意圖，同時(shí)表示出相位同步性的結(jié)果；圖5(B)是與圖4(E)所示的一樣，將圖5(A)所示的結(jié)果可視化并將從上方觀察到的頭的圖顯示在圖像上的圖。
從該結(jié)果可知，產(chǎn)生了伴隨錄音的聽覺分辨的在左右側(cè)頭下部(聽覺區(qū))的活動(dòng)、擊球的圖象化引起的在后頭上部(視覺區(qū))的活動(dòng)、在前頭部由運(yùn)動(dòng)的模式形成準(zhǔn)備引起的活動(dòng)、和由具體的運(yùn)動(dòng)模式形成引起的在左右側(cè)頭上部(運(yùn)動(dòng)區(qū))的活動(dòng)。
在該例中，按照本發(fā)明，因?yàn)槟軌蛎鞔_地檢測(cè)到活動(dòng)區(qū)域，所以也能夠更加嚴(yán)密地進(jìn)行被檢驗(yàn)者的能活動(dòng)的評(píng)價(jià)。
(實(shí)施例3)可是，在實(shí)施例2中，雖然是將錄音的聽覺分辨作為基準(zhǔn)信號(hào)來評(píng)價(jià)被檢驗(yàn)者的腦活動(dòng)的結(jié)果，但是評(píng)價(jià)所得到的結(jié)果的相位同步性的高低，將表示相位同步性高的通道的信號(hào)作為基準(zhǔn)信號(hào)來進(jìn)行評(píng)價(jià)，由此，能夠更加嚴(yán)密地評(píng)價(jià)腦活動(dòng)的作用區(qū)域。
在實(shí)施例3中，首先從對(duì)應(yīng)于成為基準(zhǔn)信號(hào)的錄音的聽覺分辨所得到的信號(hào)評(píng)價(jià)相位同步性高的測(cè)試通道。圖6是從對(duì)應(yīng)于成為基準(zhǔn)信號(hào)的錄音的聽覺分辨所得到的信號(hào)評(píng)價(jià)相位同步性高的測(cè)試通道的示圖。該例中，探頭2的第10號(hào)通道表示相位同步性最高的通道。
因此，把探頭2的第10號(hào)通道的信號(hào)作為基準(zhǔn)信號(hào)，從對(duì)應(yīng)于錄音的聽覺分辨所得到的信號(hào)評(píng)價(jià)相位同步性。圖7所示的是按顯著水準(zhǔn)1％判定從對(duì)應(yīng)于錄音的聽覺分辨所得到的信號(hào)評(píng)價(jià)相位同步性的結(jié)果所得到的結(jié)果。與圖5相比較，雖然是將相同的測(cè)試結(jié)果作為對(duì)象來進(jìn)行解析，但是由于從對(duì)應(yīng)于成為基準(zhǔn)信號(hào)的錄音的聽覺分辨所得到的信號(hào)中選擇相位同步性高的通道作為基準(zhǔn)信號(hào)，所以更能檢測(cè)出局部存在的活動(dòng)區(qū)域。如果將圖5和圖7進(jìn)行對(duì)比，就可以看出改變基準(zhǔn)通道后評(píng)價(jià)出來的結(jié)果，在探頭1中使第13號(hào)通道無相位同步性；在探頭2中使第15號(hào)通道有相位同步性，使第18號(hào)通道無相位同步性；在探頭3中使第4號(hào)通道和第14號(hào)通道無相位同步性，使第11號(hào)通道有相位同步性；在探頭4中使第13號(hào)通道和第16號(hào)通道無相位同步性。結(jié)果，如圖7所示，使用圖5(B)所示的那種可視信息也能夠辨認(rèn)進(jìn)一步所限定的區(qū)域內(nèi)的活動(dòng)。
(實(shí)施例4)可是，眾所周知，腦活動(dòng)，并非在腦區(qū)域的整個(gè)范圍內(nèi)同時(shí)發(fā)生，而是腦的某個(gè)區(qū)域的活動(dòng)誘發(fā)其他區(qū)域的腦活動(dòng)的所謂時(shí)間序列動(dòng)作。在實(shí)施例3中，是進(jìn)行了將實(shí)施例2的實(shí)驗(yàn)結(jié)果作為時(shí)間序列的腦活動(dòng)的動(dòng)作來評(píng)價(jià)的實(shí)驗(yàn)的例子。
圖8是由對(duì)應(yīng)于圖6所示的成為基準(zhǔn)信號(hào)的錄音的聽覺分辨所得到的信號(hào)來表示關(guān)于相位同步性高的測(cè)試通道的應(yīng)答速度的示圖。這里，很難顯示出作為刺激·任務(wù)命令序列的基準(zhǔn)信號(hào)的錄音的波形和與其相對(duì)應(yīng)的應(yīng)答波形，所以只能以針對(duì)圖2所說明的刺激·任務(wù)命令序列的應(yīng)答的形式模擬地顯示出來。橫軸是時(shí)間，縱軸是信號(hào)的大小。圖9是由對(duì)應(yīng)于錄音的聽覺分辨所得到的信號(hào)評(píng)價(jià)相位同步性，并把應(yīng)答的速度信息顯示在按顯著水準(zhǔn)1％判定其評(píng)價(jià)結(jié)果所得到的結(jié)果的圖7上的示圖。
如果研討圖8，探頭2、第10號(hào)通道應(yīng)答最快，在圖9上把探頭2、第10號(hào)通道的方框加上黑點(diǎn)表示出來。其次是探頭2、第5號(hào)通道和探頭3、第9號(hào)通道的應(yīng)答快，即，它們所代表的探頭2和探頭3所示的區(qū)域S 1的應(yīng)答最快；再其次是探頭1、第6號(hào)通道和探頭1、第10號(hào)通道的應(yīng)答快，即，探頭1所示的區(qū)域S2的應(yīng)答速度為第二快；再其次是探頭4的第5號(hào)通道和探頭4的第4號(hào)通道的應(yīng)答快，即，探頭4所示的區(qū)域S3的應(yīng)答速度為第三快；最后，探頭3的第5號(hào)通道、探頭3的第11號(hào)通道和探頭2的第12號(hào)通道應(yīng)答是第四快，即，探頭2和探頭3所示的區(qū)域S4的應(yīng)答速度為第四快。
由該結(jié)果可知，首先，伴隨錄音的聽覺分辨的左右側(cè)頭下部(聽覺區(qū))的活動(dòng)呈現(xiàn)在圖9的區(qū)域S1內(nèi)；然后，在前頭部由運(yùn)動(dòng)的模式形成準(zhǔn)備引起的活動(dòng)呈現(xiàn)在圖9的區(qū)域S2內(nèi)；接下來，由擊球的圖象化引起的后頭上部(視覺區(qū))的活動(dòng)呈現(xiàn)在圖9的區(qū)域S3內(nèi)；最后，由具體的運(yùn)動(dòng)模式引起的左右側(cè)頭上部(運(yùn)動(dòng)區(qū))的活動(dòng)呈現(xiàn)在圖9的區(qū)域S4內(nèi)。
從圖8也可以看到，這里所說的快、慢，是比較的問題，如果按時(shí)間的長(zhǎng)短來說，最長(zhǎng)也不過是秒的量級(jí)。但是，如上上述，如果將其分成對(duì)應(yīng)于應(yīng)答快慢的組，并以用戶可見的形式顯示出來，那么就能夠動(dòng)態(tài)可視化地顯示被檢驗(yàn)者的腦活動(dòng)。
圖10是動(dòng)態(tài)可視化地顯示被檢驗(yàn)者的腦活動(dòng)的一例。S1是對(duì)應(yīng)于圖9的區(qū)域S1的顯示，用加了點(diǎn)的圓圈顯示出左右側(cè)頭下部(聽覺區(qū))的活動(dòng)區(qū)域。這里，讓圓的面積和形狀對(duì)應(yīng)于相位同步性高的測(cè)試通道的位置和數(shù)量。以下相同。S2是對(duì)應(yīng)于圖9的區(qū)域S2的顯示，用加了點(diǎn)的圓圈顯示出在前頭部由運(yùn)動(dòng)的模式形成準(zhǔn)備引起的活動(dòng)區(qū)域；S3是對(duì)應(yīng)于圖9的區(qū)域S3的顯示，用加了點(diǎn)的圓圈顯示出擊球的圖象化引起的后頭上部(視覺區(qū))的活動(dòng)區(qū)域；S4是對(duì)應(yīng)于圖9的區(qū)域S4的顯示，用加了點(diǎn)的圓圈顯示出具體的運(yùn)動(dòng)模式的形成引起的左右側(cè)頭上部(運(yùn)動(dòng)區(qū))的活動(dòng)區(qū)域。所謂“整體”是把從S1至S4的顯示綜合起來的顯示，與圖7(B)所示的圖相同。
如果把從S1至S4的顯示作成用戶一看就懂的動(dòng)畫，并從S1至S4依次地顯示在順序顯示裝置211上，用戶就能夠猶如感覺到適時(shí)地觀看被檢驗(yàn)者的腦活動(dòng)的區(qū)域正在移動(dòng)。動(dòng)畫顯示之后，再顯示出“整體”，就能夠評(píng)價(jià)整個(gè)腦活動(dòng)的狀態(tài)。
由在各部位所觀測(cè)的平均相位差的值來判斷產(chǎn)生活動(dòng)的速度，相位差越小活動(dòng)產(chǎn)生的越快。
(實(shí)施例5)為了動(dòng)畫地研討腦活動(dòng)的時(shí)間變化，如上所述，為了探討同步狀態(tài)的時(shí)間變化，而設(shè)定短(包含大約數(shù)百點(diǎn)的數(shù)據(jù))的時(shí)間窗，求出該期間內(nèi)作為統(tǒng)計(jì)的指標(biāo)的SI，作為時(shí)間窗的中心時(shí)刻的SI，每隔一定時(shí)間挪一挪時(shí)間窗，由這樣，求出SI的時(shí)間變化，由此也能夠?qū)崿F(xiàn)。例如，每隔一定時(shí)間挪一挪時(shí)間窗來求出SI的時(shí)間變化，以此為基礎(chǔ)評(píng)價(jià)測(cè)試區(qū)域的相位同步性，并可以將該結(jié)果，例如，做成圖7所示的顯示中的時(shí)間變化來進(jìn)行顯示。按照這樣的方法，就能夠敏感地捕捉到相位差的變化，從而能夠正確地提示腦的部位在以何種時(shí)間的關(guān)聯(lián)使腦中的多種功能在活動(dòng)。
由于相位同步性不依賴于信號(hào)振幅，所以能夠以更加準(zhǔn)確的形式來表示腦活動(dòng)部位或功能的結(jié)合，而不受人的頭部結(jié)構(gòu)的影響。
在腦功能所受到的損害的評(píng)價(jià)和腦功能受到損害的人的恢復(fù)狀態(tài)的評(píng)價(jià)方面是有用的，可用于協(xié)助腦的康復(fù)。
權(quán)利要求
1.一種光測(cè)試方法，其特征在于將入射光入射到被檢驗(yàn)者的頭部表面上的多個(gè)部位，在從入射部位距入射光規(guī)定的距離的多個(gè)部位檢測(cè)出通過光量，同時(shí)，對(duì)被檢驗(yàn)者提示預(yù)先準(zhǔn)備好的刺激·任務(wù)命令序列，把上述刺激·任務(wù)命令序列作為基準(zhǔn)相位信號(hào)，求出與所檢測(cè)到的通過光量的信號(hào)的相位同步性指標(biāo)，由該相位同步性指標(biāo)將針對(duì)上述基準(zhǔn)相位信號(hào)的相位同步性最高的通過光量的信號(hào)作為第二基準(zhǔn)相位信號(hào)、求出該第二基準(zhǔn)相位信號(hào)與上述檢測(cè)到的通過光量的信號(hào)的相位同步性指標(biāo)，僅把針對(duì)該第二基準(zhǔn)相位信號(hào)的相位同步性指標(biāo)規(guī)定的閾值以上的所檢測(cè)到通過光量的信號(hào)作為被檢驗(yàn)者的腦活動(dòng)的測(cè)試值。
2.一種光測(cè)試裝置，其特征在于由如下裝置構(gòu)成將入射光入射到被檢驗(yàn)者的頭部表面上的多個(gè)部位的裝置；在從入射部位距上述入射光規(guī)定的距離的多個(gè)部位檢測(cè)出通過光量的裝置；對(duì)被檢驗(yàn)者提示預(yù)先準(zhǔn)備好的刺激·任務(wù)命令序列的裝置；把上述刺激·任務(wù)命令序列作為基準(zhǔn)相位信號(hào)，求出與所檢測(cè)到的通過光量的信號(hào)的相位同步性指標(biāo)，僅把該相位同步性指標(biāo)規(guī)定的閾值以上的所檢測(cè)到通過光量的信號(hào)作為被檢驗(yàn)者的腦活動(dòng)的測(cè)試值進(jìn)行輸出的裝置；和顯示上述輸出裝置的輸出的裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光測(cè)試裝置，其特征在于作為上述腦活動(dòng)的測(cè)試值進(jìn)行輸出的裝置，被做成了這樣的裝置亦即，把上述刺激·任務(wù)命令序列作為基準(zhǔn)相位信號(hào)，求出與所檢測(cè)到的通過光量的信號(hào)的相位同步性指標(biāo)，由該相位同步性指標(biāo)將針對(duì)上述基準(zhǔn)信號(hào)的相位同步性最高的通過光量的信號(hào)作為第二基準(zhǔn)相位信號(hào)，求出該第二基準(zhǔn)相位信號(hào)與上述檢測(cè)到的通過光量的信號(hào)的相位同步性指標(biāo)，僅把對(duì)針對(duì)第二基準(zhǔn)相位信號(hào)的相位同步性指標(biāo)規(guī)定的閾值以上的所檢測(cè)到通過光量的信號(hào)作為被檢驗(yàn)者的腦活動(dòng)的測(cè)試值的裝置。
4.一種光測(cè)試裝置，其特征在于由如下裝置構(gòu)成將入射光入射到被檢驗(yàn)者的頭部表面上的多個(gè)部位的裝置；在從入射部位距入射光規(guī)定的距離的多個(gè)部位檢測(cè)出通過光量的裝置；對(duì)被檢驗(yàn)者提示預(yù)先準(zhǔn)備好的刺激·任務(wù)命令序列的裝置；和把上述刺激·任務(wù)命令序列作為基準(zhǔn)相位信號(hào)，求出與所檢測(cè)到的通過光量的信號(hào)的相位同步性指標(biāo)，僅把該相位同步性指標(biāo)規(guī)定的閾值以上的所檢測(cè)到通過光量的信號(hào)作為被檢驗(yàn)者的腦活動(dòng)的測(cè)試值進(jìn)行輸出、同時(shí)將對(duì)應(yīng)于該測(cè)試值的信號(hào)與測(cè)試位置對(duì)應(yīng)起來顯示在模擬被檢驗(yàn)者的頭部的顯示畫面上的裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光測(cè)試裝置，其特征在于與上述測(cè)試位置對(duì)應(yīng)的顯示，是被做成為對(duì)應(yīng)于依據(jù)上述相位同步性指標(biāo)的規(guī)定的閾值的分段的多個(gè)等高線的顯示。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光測(cè)試裝置，其特征在于與上述測(cè)試位置對(duì)應(yīng)的顯示，是將根據(jù)對(duì)上述刺激·任務(wù)命令序列的應(yīng)答速度來分組的測(cè)試位置作為依據(jù)應(yīng)答速度的動(dòng)畫來進(jìn)行顯示。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光測(cè)試裝置，其特征在于用短的時(shí)間窗內(nèi)的信號(hào)值評(píng)價(jià)上述相位同步性指標(biāo)，并以每隔一定時(shí)間挪一挪該時(shí)間窗所得到的相位同步性指標(biāo)為基礎(chǔ)來評(píng)價(jià)測(cè)試區(qū)域的相位同步性，顯示出各時(shí)間窗內(nèi)的與相位同步性指標(biāo)的規(guī)定的閾值相應(yīng)的測(cè)試位置，并顯示出與相位同步性指標(biāo)的規(guī)定的閾值相應(yīng)的測(cè)試位置的時(shí)間變化。
全文摘要
提供一種生物體光測(cè)試裝置和光測(cè)試方法。在應(yīng)答期間的取法中存在任意性，并因包含在信號(hào)內(nèi)的贗象而有時(shí)顯示不出充分的檢測(cè)能力。因此，必須開發(fā)有效的檢測(cè)方法以及結(jié)果的顯示方法。為此，將任務(wù)(刺激)列和所選擇的測(cè)試信號(hào)作為基準(zhǔn)信號(hào)，并求出與其他的測(cè)試信號(hào)的相位差信號(hào)等，再將相位同步性進(jìn)行數(shù)值化。進(jìn)而將該數(shù)值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理并把可信度進(jìn)行數(shù)值化，將腦活動(dòng)部位和功能的結(jié)合狀態(tài)顯示出來。
文檔編號(hào)A61B10/00GK1718154SQ200510001769
公開日2006年1月11日 申請(qǐng)日期2005年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月8日
發(fā)明者田中尚樹, 桂卓成, 木口雅史, 佐藤大樹, 牧敦 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所