專利名稱：活體光測量裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及活體光測量裝置，根據(jù)使用光產(chǎn)生的光吸收材料濃度的改變測量活體內的數(shù)據(jù)，特別是信號，特別地涉及一種活體光測量裝置，使用活體光測量中獲取的數(shù)據(jù)使腦活動可看見。
背景技術：
在從可見光范圍到近紅外線范圍內具有光強峰值的光對活體具有高穿透性。這種光可用于測量活體內的數(shù)據(jù)而不會傷害該活體。這是基于朗伯-比爾(Lambert-Beer)定律，該定律教導光的測量信號的對數(shù)值是與光的路徑長度及其濃度成正比的。這個定律已經(jīng)推導出了。此外，還開發(fā)了用于測量代表活體中的血紅蛋白(Hb)的濃度相對變化的信號(以下稱為“Hb信號”)的技術。利用該技術可以測量的Hb信號通常半分類為以下三種類別氧化Hb(oxy-Hb)信號，脫氧Hb(deoxy-Hb)信號以及oxy-Hb和deoxy-Hb的總信號(總的Hb信號)，分別稱為“oxy-Hb信號(類)”、“deoxy-Hb信號(類)”和“總的Hb信號(類)”。
Maki A等人(1995年)在Medical Physics 22，1997-2005的論文“Spatialand temporal analysis of human motor activity using noninvasive NIRtopography”中提出一種測量人體大腦皮層的多點Hb信號值而不傷害大腦皮層的技術，這個技術在研究和臨床醫(yī)學中廣泛采用。該文獻公開了一種測量大腦皮層的Hb信號值，從而測量人體的腦功能的方法。具體地講，當人體感知機能或運動神經(jīng)功能是活動時，大腦皮層內負責該功能的區(qū)域內的血流增加。因此，在該區(qū)域內的oxy-Hb信號類或deoxy-Hb信號類變化。由此，可以評估腦部的活動狀況。伴隨腦活動變化的典型例子是oxy-Hb信號類增加和deoxy-Hb信號類減少。這些變化是由血流的增加以補充氧氣和葡萄糖引起的，氧氣和葡萄糖消耗于伴隨神經(jīng)活動的新陳代謝活動。增加的血液是動脈血并且包含氧氣。雨氧氣消耗相比，這種增加更多?？梢钥闯?，這將導致oxy-Hb信號類增加和deoxy-Hb信號類減少。通常，oxy-Hb信號類的增加大于deoxy-Hb信號類的減少。因此，oxy-Hb信號類和deoxy-Hb信號類的總數(shù)的總的Hb信號類將增加。已知這些血流變化通常比神經(jīng)活動滯后約5到7秒。這種技術是有益的，因為它允許在不損害受檢體的大腦或過度地限制受檢體的情況下測量受檢體的腦功能。這種技術的一種有益應用是實現(xiàn)健康嬰兒或幼兒腦功能的測量，這是迄今仍未能實現(xiàn)的。參考Pena M等人(2003年)的論文“Sound and silencean optical topography study of language recognition atbirth”，Proc Natl Acad Sci USA 100(20)，11702-11705；和Taga，G等人(2003年)的論文“Brain imaging in awake infants by near-infrared optical topography”，Proc Natl Acad Sci USA 100(19)，10722-10727。
根據(jù)這種技術，可以測量三類Hb信號，即oxy-Hb信號類、deoxy-Hb信號類和總的Hb信號類。但是，在常規(guī)的腦功能研究中，存在有效使用這多個信號類的困難例子。例如，在Maki等人教導測量成人運動神經(jīng)區(qū)域活動的著文章中描述這三類Hb信號隨著時間的變化；但是，沒有提及它們之間實質上的不同，而只關注總的Hb信號類的增加和評估他/她的腦活動。以相同的方式，在Pena等人的文章中，只關注總的Hb信號類的增加和評估腦活動。另一方面，Taga等人指明了oxy-Hb信號類和deoxy-Hb信號類。但是，沒有從它們之間的區(qū)別中提取出有用的信息。例如，從活動波形之間的區(qū)別，敘述deoxy-Hb信號類的減少比相應oxy-Hb信號類的增加更慢和小。但是，沒有進行基于關注該區(qū)別的分析。在過去的研究中，包括Taga等人的研究，對deoxy-Hb信號類的研究結果比對相應的oxy-Hb信號類的研究結果缺少連貫性，后者的活動清晰地表示了；因此，對于deoxy-Hb信號類，在很多情況下僅研究其信噪比較低的情況。這種事實是基于一個假設，即oxy-Hb信號類和相應的deoxy-Hb信號類最初指示相同腦活動。如上所述，盡管存在能夠測量三類Hb信號的技術，但是還沒有使用它們之間的區(qū)別或共同特性改進腦活動測量精度的任何方法。

發(fā)明內容
在活體光測量裝置中，在多個部位測量Hb信號類，并使腦活動可看見，精確指示腦活動部位的方法是必不可少的。但是，在現(xiàn)有技術中，沒有任何關于從三種Hb信號類中選擇一個或多個要使用的類的有效方法的統(tǒng)一意見，也沒有顯示所選擇類的有效方法。因此，很難從多個測量部位的數(shù)據(jù)清楚地表示腦活動的中心部位。在主要的常規(guī)的方法中，只使用這三種Hb信號類中一種信號類，以便從多個測量部位的數(shù)據(jù)中使得腦活動的空間部位可看見，該信號類的強度的單位是毫摩爾毫米(mM·mm)，使用色彩等來表示。以這種方式，對于每個測量部位，將信號強度進行繪圖。但是，一些測量者只使用oxy-Hb信號類評估腦活動，而其他的測量者只使用總的Hb信號類評估腦活動。以這種方式，在現(xiàn)有環(huán)境下，觀察的Hb信號類對于測量者是不同的。因此，沒有獲得統(tǒng)一意見，因為在獲得的腦活動圖中是否產(chǎn)生了不同，取決于所使用的Hb信號類；或者用于評估腦活動的Hb信號類。
關于在多個部位測量Hb信號使腦活動可看見的活體光測量裝置，重要的課題是開發(fā)以更加標準的方法更精確地識別生成腦活動的部位的分析方法和顯示方法。
本發(fā)明人使用上述的活體測量裝置測量受檢體的腦活動，其中在受檢體的整個大腦安排多個測量點。從而，本發(fā)明人統(tǒng)計地分析了每個獲得的Hb信號類(oxy-Hb信號類和deoxy-Hb信號類)，并顯示作為活動部位的引起顯著變化的測量點(通過預定分析方法測試每個信號類從而生成僅在預定概率或更低概率下引起變化的點)，從而發(fā)現(xiàn)以下情況oxy-Hb信號類的活動部位分布及deoxy-Hb信號類的活動部位分布彼此有些不同；但是，兩種Hb信號類的活動在一些測量點彼此重疊(參看圖1中的顯示部分101)。
在圖1中，使用oxy-Hb信號類和deoxy-Hb信號類評估腦活動。只是oxy-Hb信號類是活動的(增加)的每個測量點以網(wǎng)格圖案表示，只是deoxy-Hb信號類是活動(減少)的每個測量點以點圖案表示，而oxy-Hb信號類和deoxy-Hb信號類都是活動的每個測量點以黑塊表示。多個Hb信號類的活動相互重疊的部位與從給定刺激推測的活動部位一致。還表示更加局部的活動部位，這些部位不能只使用一種Hb信號類的活動圖來識別。由此發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明提出一種方法在預定周期內的測量點獨立地和統(tǒng)計地測試多個生物數(shù)據(jù)(oxy-Hb信號類、deoxy-Hb信號類等等)的變化；組合多個生物數(shù)據(jù)的結果；將每個測量點分類為預定類別之一；和在單個的圖表中顯示分類的結果。本發(fā)明使得能夠以高精度檢測更加局部的腦活動部位。
關于如上所述的Hb信號的活動，活動的空間分布和活動達到峰值的要求的時間都是根據(jù)Hb信號的類別(oxy-Hb信號類或deoxy-Hb信號類)變化的(圖2)。圖2表示出從開始給出刺激的時間起以2.5秒的間隔分析從聲音刺激所生成的腦活動的例子，并表示得到的結果。
以與圖1相同的方式，統(tǒng)計地分析每個Hb信號類，并以將腦活動分類為三種情形(只是oxy-Hb信號類是活動的情形，只是deoxy-Hb信號類是活動的情形和oxy-Hb信號類及deoxy-Hb信號類都是活動的情形)的狀況顯示腦活動。oxy-Hb信號類增加的測量點在開始給出刺激的2.6到5.0秒后出現(xiàn)。從開始給出刺激的7.6到12.5秒這樣的測量點的數(shù)量變?yōu)樽畲?。另一方面，deoxy-Hb信號類減少的測量點在開始給出刺激的7.6到10.0秒后出現(xiàn)。這樣的測量點的數(shù)量從開始給出刺激的10.1到15.0秒變?yōu)樽畲?。如所描述的，可以最明顯地檢測的Hb信號活動的周期隨著Hb信號類而變化。因此，根據(jù)Hb信號類設定變化的活動周期、評估活動或其強度的存在或不存在以及顯示在單個圖表中組合多個Hb信號類的活動的分類結果，可以高精確地識別腦活動部位(圖3)。
簡單地說，通過測量腦功能的活體光測量裝置可以高精確地分析和顯示腦活動的部位及其周期，該活體光測量裝置包括多個光照射裝置，該裝置的光照射到受檢體的頭部；多個受光裝置，用于檢測在從光照射裝置照射之后通過受檢體頭部傳送的傳送光；計算部，基于受光裝置檢測的信號計算在測量點的受檢體的頭部中的氧化血紅蛋白濃度的變化和脫氧血紅蛋白濃度的變化，該測量使用多個光照射裝置之一和相應受光裝置的一對裝置進行的；和顯示部，用于顯示由該計算部獲得的計算結果，其中該計算部確定在每個測量點的氧化血紅蛋白濃度變化和脫氧血紅蛋白濃度的變化是否顯著，該顯示部顯示關于每個測量點的確定結果。
本發(fā)明的活體光測量方法，使用上述的腦活動分析方法和顯示方法，使得可以以比現(xiàn)有技術的方法更高精確地檢測發(fā)生腦活動的部位。此外，如圖2所示的，將oxy-Hb信號類活動和deoxy-Hb信號類活動之間的時間和空間分布的不同可視化可以更詳細地評估伴隨腦活動的血循環(huán)狀況。


圖1是表示本發(fā)明的實施例的裝置的結構方框圖和根據(jù)各個Hb信號類以及其組合的腦活動的顯示示例的視圖；圖2是表示一個示例的視圖，其中顯示從刺激開始起以間隔2.5秒觀察的每個Hb信號類的活動結果；圖3是表示用于設定測試每個Hb信號類的活動的時間窗口的設定部和其中顯示該測試結果的腦活動的狀況的屏幕的視圖；圖4是表示所有測量部位波形的平均波形、達到每個Hb信號類的活動峰值的時間、用于設定測量其中心位于該活動峰值時間的活動的周期的設定部以及顯示測試結果的腦活動的屏幕的視圖；圖5是表示所有測量部位波形的平均波形、每個Hb信號類活動的峰值的半最大全寬度(the full width half maximun)、設定其中心位于活動峰值的時間的時間窗口的設定部以及顯示該Hb信號類的測試結果的腦活動狀況屏幕的視圖；圖6是表示關于oxy-Hb信號、deoxy-Hb信號和總的Hb信號類三類在所有測量部位的波形的平均波形，每個Hb信號類活動峰值的半最大全寬度和顯示Hb信號類測試結果的腦活動狀況的屏幕的視圖；圖7是表示根據(jù)其活動強度階梯變化的、以彩色或亮度和暗度顯示的表示每個腦活動的只是oxy-Hb信號類、只是deoxy-Hb信號類以及二者組合的例子的視圖；圖8是表示根據(jù)與一些模版波形相關的系數(shù)階梯變化的、以彩色或亮度和暗度顯示的表示每個腦活動的只是oxy-Hb信號類、只是deoxy-Hb信號類以及二者組合的例子的視圖；圖9是表示顯示在Hb信號類活動中心的測量點的每個Hb信號類的腦活動圖和時間變化的屏幕的視圖；圖10是表示顯示腦活動圖的圖表和以Hb信號類的活動中心的測量點的每個Hb信號類的強度為縱軸和以達到Hb信號類的活動峰值的時間為橫軸的圖表的視圖。
具體實施例方式
參照圖1，以下將描述實施本發(fā)明的基本實施例。圖1表示根據(jù)本發(fā)明的活體光測量裝置的概況的方框圖。其活體光測量部具有計算機構成的控制單元103，其典型的例子包括個人計算機和工作站；兩個激光二極管109和110，二者在不同的峰值波長表現(xiàn)出峰值波長；振蕩器107和108，用于生成以不同頻率調制兩個激光二極管的信號；光混合器111，用于混合兩個光射線，二者的峰值波長彼此不同；光照射器，通過光纖從光混合器111對受檢體的發(fā)照射部位照射光；光檢測器112，用于檢測在與光照射器適當遠離的光檢測部位(本例子中相距大約3cm的部位)的混合的光；鎖相放大器105和106，其中輸入來自該振蕩器的調制的頻率作為參考信號；以及模數(shù)轉換器104，用于將鎖相放大器輸出的、具有各自波長帶寬的光射線的發(fā)射的光信號從模擬信號轉換為數(shù)字信號。光照射部位和光檢測部位之間的實質上的中點成為待測量部位的中心。在圖1中，僅關于測量部位3，精確地表示連接到該裝置的部位的結構。但是，實際上圖1中示出的全部光照射部位和光檢測部位都是通過光纖連接到該裝置。在上述裝置中，振蕩器用于分離多個信號；因此，來自多個部位的光信號可以通過單個檢測器進行檢測。在本例子中，振蕩器用于以這種方式分離多個信號；但是，使用脈沖光而不使用任何振蕩器可以在光亮(lighting-on)時刻分離光信號。具有各自波長帶寬的光射線的發(fā)射光信號是在模數(shù)轉換器104中進行模數(shù)轉換的，然后輸入并存儲在控制單元103中。在控制單元103，根據(jù)發(fā)射信號計算出每個待測部位的各個Hb信號類。計算出的信號與初始信號(發(fā)射信號)一起發(fā)送并存儲在數(shù)據(jù)分析單元102中。由發(fā)射光信號計算出Hb信號類的方法在Maki的文章中詳細地描述。在本例子中，控制單元103和數(shù)據(jù)分析單元102分別描述和表示。但是，它們的功能都可以通過單個PC獲得。
在數(shù)據(jù)分析單元102中，每個被測量的Hb信號類都進行統(tǒng)計地分析以確定該信號是否表式顯著的活性。在這個情況中統(tǒng)計分析的方法的典型例子包括t測量和離散分析。在通常的腦活動測量中，在給予受檢體特定刺激或主題(theme)時產(chǎn)生的反應與他/她在其他周期中的狀態(tài)進行比較，然后比較獲取結果作為腦活動。因此，空閑周期的信號和基于刺激或主題可能產(chǎn)生的反應(活動周期)的周期的信號之間的比較是統(tǒng)計分析的基礎。進行這種比較的統(tǒng)計方法的典型例子包括t測試，F(xiàn)測試，離散分析和多重比較(multiplycomparision)。此外，不僅可以使用參數(shù)測試還可以使用非參數(shù)測試。另外，還可以使用以下方法對受檢體給出不同刺激或主題，然后相互直接比較由此生成的不同活動的周期中的信號的方法；和假定指示響應于某刺激或主題的活動的信號波形，然后使用校正系數(shù)等評估實際信號波形與該假定信號波形的相似性的方法。通常，已知伴隨腦活動的Hb信號的變化可以分類為oxy-Hb信號類的增加，deoxy-Hb信號類的減少和總的Hb信號類的增加。因此，在本例子中，這三種變化被定義為活動信號。在每個測量部位，使用t測試來測試這三種Hb信號類是否每個信號類都表現(xiàn)出活動性。測試的結果顯示在顯示器101。在本例子的測量中，將以下定義為一個塊空閑周期具有在20到30秒的周期內任意設定的長度之后，施加10秒的聲音刺激的序列。該塊重復5次。首先，在每個這種塊中，刺激開始后5秒到刺激結束后10秒的周期被認為是活動周期，并且獲取該活動周期內信號強度的平均值作為活動值(或者該周期內信號強度的最大值可以作為活動值)。此外，在每個塊中，獲取在緊接刺激開始前5秒的空閑周期內信號強度的平均值作為空閑值。為了確定該活動值和該空閑值之間是否存在差別，使用從五個塊的活動值獲得的平均值和偏差以及從五個塊的空閑值獲得的平均值和偏差進行t測試。術語“t測試”是使用在假定虛假設(null hypothesis)是正確的情況下統(tǒng)計遵循t分布的事實的統(tǒng)計測試方法的通用術語。該測試是參數(shù)測試方法，其中假定物種(population)遵循正態(tài)分布。在該測試中，該分布依賴于自由度而不依賴于初始平均值或者標準偏差。例如，該測試可以用于測試兩組的每個平均值之間是否有顯著的不同。在本例子中，提出的虛假設是“空余值的平均值等于活動值的平均值”。然后測試活動值的平均值和空余值的平均值之間是否產(chǎn)生差別。換句話說，當虛假設例如可能以95％或更大的概率被否決時，所測量的活動認為是顯著的活動。當發(fā)現(xiàn)oxy-Hb信號類增加或者deoxy-Hb信號類減少的概率大于特定的閾值時，可以確定發(fā)生了腦活動。
關于是否發(fā)生顯著活動的決定可取決于測量者設定的標準。例如，該標準可以是腦活動的值是否超出了測量者在設定部設定的閾值，或者也可以是直到腦活動變?yōu)樽畲笾邓璧臅r間。
關于是否發(fā)生了顯著活動的決定標準可以對每個測量部位分別設定。在圖1中，只是oxy-Hb信號類活動(增加)的每個測量點由網(wǎng)格圖案表示，只是deoxy-Hb信號類活動(減少)的每個測量點由點狀圖案表示，oxy-Hb信號類和deoxy-Hb信號類都活動的每個測量點由黑塊表示。兩種Hb信號類的活動彼此重疊的部位代表更加局部的活動部位。這些活動部位在右側和左側太陽穴區(qū)域觀察，該區(qū)域對應于聽覺區(qū)附近，期望對聲音刺激產(chǎn)生反應。因為使用語言聲音，也在前額區(qū)觀察活動，通常認為該區(qū)域與記憶或精神集中有關。以此方式，兩個Hb信號類的活動的相互重疊的部位與從給定刺激推測的活動部位滿意地一致。因此，由此腦活動部位可以比從多個Hb信號類中只要一個Hb信號類的活動圖更高精確地檢測到。
此外，圖2表示一個例子，其中時間窗口代表從給出刺激開始以2.5秒的間隔對上述數(shù)據(jù)設定的活動周期，以及分析和顯示活動的結果。以與圖1相同的方式，對每個Hb信號類進行統(tǒng)計的分析。將活動分類為三種情形(1)只有oxy-Hb信號類是活動的情形，(2)只有deoxy-Hb信號類是活動的情形，和(3)oxy-Hb信號類和deoxy-Hb信號類都是活動的情形，然后顯示。oxy-Hb信號類增加的測量點在刺激開始后2.6到5.0秒開始出現(xiàn)。這樣的測量點的數(shù)量在從7.6到12.5秒的時間窗口內變?yōu)樽畲?。另一方面，deoxy-Hb信號類減少的測量點在刺激開始后7.6到10.0秒開始出現(xiàn)。這樣的測量點的數(shù)量在從10.1到15.0秒的時間窗口內數(shù)量變?yōu)樽畲蟆Ｈ绱颂幩枋龅?，應當懂得，取決于Hb信號種類，Hb信號活動的空間分布或者直到該活動達到峰值所需的時間是變化的。換句話說，取決于Hb信號種類，可以更加顯著地檢測腦活動的時間窗口是變化的。因此，取決于Hb信號種類，設定變化的活動周期(時間窗口)，然后決定是否產(chǎn)生了Hb信號的活動，或者評估活動的強度。之后，在單個圖表中顯示上述的分類，其中組合多個Hb信號類的活動，從而可以以高精度識別腦活動部位。
圖3表示一個例子，刺激開始后7.6秒到12.5秒的周期和刺激開始后10.1到15.0的周期分別設定為代表oxy-Hb信號類的活動周期的時間窗口和代表deoxy-Hb信號類的活動周期的時間窗口。然后分析腦活動并在單個圖表中表示該分析的結果。在設置設定部301的情況下，設定部301能夠以上述方式設定代表隨Hb信號類變化的活動周期的時間窗口，則可能顯示更精確的活動區(qū)域，這不能在對全部活動周期設定恒定地指定的時間窗口時檢測到。
圖4和5表示根據(jù)每個Hb信號類的活動波形設定代表每個Hb信號類活動周期的時間窗口以便以更高的精度檢測腦活動的裝置。圖4表示一個顯示裝置，具有顯示部401，用于顯示每個Hb信號類的活動峰值，該峰值是從所有測量點的每個Hb信號類的信號平均波形計算得到的；和設定部402，用于設定活動周期的時間窗口，其中心是活動峰值。用戶可以通過參考平均波形等決定該活動周期的時間窗口。特別地，該顯示允許不同的Hb信號類諸如oxy-Hb信號類和deoxy-Hb信號類的活動周期的時間窗口彼此獨立地設置。
在圖5中，表示顯示裝置具有顯示部501，用于顯示每個Hb信號類活動峰值的半最大全寬度(FWHM)，F(xiàn)WHM是從所有測量點的每個Hb信號類的信號波形平均值計算得到的；和設定部502，用于設定顯示不小于參考值的時間窗口，其中心是每個Hb信號類的活動峰值。在這個例子中使用的設定時間窗口的方法是操作箭頭按鍵503和504，從而改變每個oxy-Hb信號類和deoxy-Hb信號類的參考值以設定時間窗口的方法。在這個情況下為了更易理解地顯示參考值，移動箭頭505和506的顯示方法是有效的，分別操作箭頭按鍵503和504顯示上下時間窗口。當然，為了設定參考值，允許使用直接地輸入選擇的值的方法，或者輸入相對于每個活動信號峰值的比率(％)的方法。
上述的每個例子都是使用oxy-Hb信號類和deoxy-Hb信號類評估腦活動的。但是，如圖6所示，在使用oxy-Hb信號類、deoxy-Hb信號類和總的Hb信號類三種類型的情況下也可以使用與上述相同的方法。由于使用三種Hb信號類，例如，信號類的活動類型的數(shù)量由三種增加為七種。當關注全部三種Hb信號類都是活動的部位時，應當懂得，腦活動的部位更加局部化。可以認為，oxy-Hb信號類增加，deoxy-Hb信號類減少和總的Hb信號類增加全都被觀察到的全部部位表示理論上預期的典型腦活動。換句話說，通過流入動脈血，oxy-Hb信號類和總的Hb信號類增加了。此外，血液的流動速率變得比氧氣的消耗速率大；因此，deoxy-Hb信號類減少。Hb信號類的其他變化類型例如可以是在一些部位oxy-Hb信號類和總的Hb信號類增加但是deoxy-Hb信號類不減少的情況，建議提供動脈血但是血流速率的增加小，因此這些部位可能在活動部位的中心之外。相反地，在一些部位只有deoxy-Hb信號類減少但是oxy-Hb信號類和總的Hb信號類不增加的情況，則假設動脈血的供應主要是通過血流速率的增加實現(xiàn)的，而血液的總量幾乎不增加。建議這些部位也可能是在腦活動的中心之外。從這些Hb信號類的變化圖，可以猜想到腦部血液循環(huán)的情況，諸如其中血管的柔性(flexibility)。
在圖4至6中，作為一個例子表示在所有測量點的每個Hb信號類的平均波形。但是，用于對活動周期設定時間窗口的Hb信號類的波形不需要是在所有測量點的波形的平均值。例如，可以使用以下的波形在最活動的測量點的Hb信號類的波形；理論上獲得的標準腦活動波形(即，模版波形)；在所關注的部位的波形的平均波形；或者從每個受檢體的過去腦活動信號得來的標準活動波形。在由每個受檢體獲得Hb信號類波形并且獲得的波形用于分析的情況下，抵消各個Hb信號波形之間的差別。因此，這種情況對以高精度檢測腦活動是有用的。
在圖4至6每個圖中，使用一些閾值統(tǒng)計地測試信號(或腦)活動的顯著性，然后將測試結果分類為“0”或“1”。圖7表示一個例子，階梯地表示在呈現(xiàn)活動的測量點的活動強度?；顒訌姸鹊睦影ㄔ诨顒又芷谥械男盘枏姸鹊钠骄?nM·mm)，活動強度的最大值(最小值)，t值，F(xiàn)值和p值，每個都是統(tǒng)計值。在使用一些活動波形模版的情況下，可以使用表示與模版相似度的系數(shù)，諸如對模版的相關系數(shù)。在圖7所示的例子中，首先統(tǒng)計地測試如圖4至6所示的是否每個Hb信號類都表現(xiàn)活動性。之后，在彩色條701中顯示每個信號類的活動周期內的信號強度的平均值。當oxy-Hb信號類和deoxy-Hb信號類互相獨立地表示活動性時，可以將各個信號類的平均信號強度顯示為不同色彩的亮度和暗度等等。當oxy-Hb信號類和deoxy-Hb信號類都表現(xiàn)活動性時，使用不同于各個信號類互相獨立地表現(xiàn)活動性時的色彩的色彩亮度和暗度來顯示oxy-Hb信號類強度和deoxy-Hb信號類強度的總和，或者該強度的平均值。替代地，在oxy-Hb信號類強度和deoxy-Hb信號類強度彼此非常不同的情況下，或在一些其他情況下，將oxy-Hb信號類強度和deoxy-Hb信號類強度標準化為相同級別，然后計算合并的標準化強度的組合的信號強度是有用的。圖8表示一個例子，其中指示的是在模版波形的情況下使用在所有測量點的波形的平均波形、在最活動的測量點的活動波形或者理論上獲得的標準的腦活動波形時的相關系數(shù)。在這個例中，與圖7所示相同的方式使用一些閾值測試各個Hb信號類是否表現(xiàn)活動，然后用不同色彩的亮度和暗度指示其相關系數(shù)。當Hb信號類中的多個信號類(諸如oxy-Hb信號類和deoxy-Hb信號類)都表現(xiàn)顯著的活動時，指示其相關系數(shù)的平均值或者類似值。以此方式，根據(jù)Hb信號類中的多個信號類的組合的活動是否顯著來指示分類，另外可以階梯地指示活動的強度。在這個例中，可以容易地檢測更加局部化的部位。
通過上述任一種方法檢測腦活動部位然后顯示在每個活動部位的活動細節(jié)以便詳細地觀察腦活動部位是有效。圖9表示一個例子，其中表示關于每個oxy-Hb信號類和deoxy-Hb信號類，其腦活動部位，并進一步選擇這些部位中最活動部位的測量點和指示在該測量點的Hb信號類的時間波形。以這種方式指示每個實際的Hb信號類的時間變化是有利于確定腦活動不是人工的或者評估其活動圖。圖10是以每個Hb信號類的峰值或者其活動周期的平均值為縱軸和以達到該活動峰值所需時間為橫軸的圖，該圖用于詳細地觀察腦活動。其中的每個誤差條(Error bar)顯示標準偏差，標準誤差，可靠區(qū)間等。從這個圖表指示符中可以懂得，信號類中的哪個信號類的強度是最大的或者Hb信號類中的哪個信號類最快達到信號強度峰值。這個圖的圖案用于評估伴隨腦活動的血液循環(huán)的狀況是有用的。根據(jù)前述的發(fā)現(xiàn)，可知有關伴隨腦活動的Hb信號類的變化的以下情況總的Hb信號類的增加首先達到峰值；然后，oxy-Hb信號類的增加達到峰值；最后，deoxy-Hb信號類的減少達到峰值。當使用該圖時，可以簡單地確定測量的變化是否與已知的典型圖案一致。因此，本發(fā)明的裝置中可以增加顯示測量的變化是否與用戶已知的典型圖案一致的功能。圖9和10是一個例子，從所有測量點中只選擇一個測量點，然后顯示在這點的時間波形。但是，也可以顯示在所有測量點的多個測量點的時間波形。例如，設定多個區(qū)域諸如前額區(qū)和太陽穴區(qū)，然后選擇在每個區(qū)域中活動強度最大的測量部位的方法也是有效的。
以上的例子是支持腦活動的估計的例子；以相同的方式，可以支持腦功能的診斷或者腦部血液循環(huán)的診斷。例如，如圖2所示，從刺激開始以2.5秒的時間窗口的間隔分析和顯示腦活動。在這種情況下，很容易理解每個Hb信號類活動的空間分布和活動達到峰值時的時間窗口(圖2)。首先oxy-Hb信號類的增加，該刺激開始2.6到5.0秒之后，活動部位開始出現(xiàn)。在之后的7.6到12.5秒的周期內，表現(xiàn)活動的測量點的數(shù)量變?yōu)樽畲?。另一方面，deoxy-Hb信號類的減少延后，并且在刺激開始7.6到10.0秒之后，活動部位開始出現(xiàn)。在之后的10.1到15.0秒的周期內，表現(xiàn)活動的測量點的數(shù)量變?yōu)樽畲?。這種圖案是一種典型的活動圖案，一定程度上依賴于每個人。例如，在應該首先觀察到的oxy-Hb信號類增加的區(qū)域窄或者活動強度小的情況下，這種情況意味著伴隨腦活動供應的動脈血較少。因此，認為血管的柔性可能較低?？商娲?，在首先觀察到deoxy-Hb信號類增加并且之后觀察到oxy-Hb信號類增加的情況下，以同樣的方式動脈血供應傾向于較慢。因此，認為血管的柔性可能較低。在沒有觀察到deoxy-Hb信號類減少或較小的情況下，可以認為血流速率的增加不顯著。因此，認為血管的柔性可能高或者可能缺少血流?？蛇x地，認為平衡動脈血液供應的氧氣消耗可能提前。在觀察到與這些圖案不同的并且與期望的生理變化顯著區(qū)別的變化圖案時，可能不能測量腦活動信號。因此，顯示差錯信息的功能也是有用的。
權利要求
1.一種活體光測量裝置，包括多個光照射裝置，從該裝置發(fā)射光到受檢體的頭部；多個受光裝置，用于檢測在從該光照射裝置照射之后通過該受檢體的頭部發(fā)送的光；計算器，在包括一對的每個光照射裝置與相應的受光裝置的測量點計算該受檢體的頭部中的氧化血紅蛋白濃度的變化和脫氧血紅蛋白濃度的變化，其中該測量點包括由該受光裝置檢測的信號；顯示器，用于顯示從該計算器獲得的計算結果；其中該計算器確定在每個測量點的氧化血紅蛋白濃度變化和脫氧血紅蛋白濃度的變化在統(tǒng)計上是否顯著，以及該顯示器顯示關于個個測量點的確定結果。
2.根據(jù)權利要求1所述的活體光測量裝置，其特征在于該顯示器根據(jù)所述確定結果顯示色彩和圖案之，或者變化的色彩的亮度或暗度。
3.根據(jù)權利要求1所述的活體光測量裝置，其特征在于該顯示器顯示根據(jù)該氧化血紅蛋白濃度變化的顯著性、該脫氧血紅蛋白濃度變化的顯著性和該氧化血紅蛋白濃度變化及該脫氧血紅蛋白濃度變化之一的顯著性的至少一種顯著性變化的確定結果。
4.根據(jù)權利要求1所述的活體光測量裝置，其特征在于該計算器根據(jù)統(tǒng)計分析確定該氧化血紅蛋白濃度變化和該脫氧血紅蛋白濃度變化是否每個都是顯著的。
5.根據(jù)權利要求4所述的活體光測量裝置，其特征在于在該統(tǒng)計分析中，使用參數(shù)測試和非參數(shù)測試的任一個測試。
6.根據(jù)權利要求1所述的活體光測量裝置，其特征在于還包括設定部，用于設定由該計算器做出的確定結果。
7.根據(jù)權利要求1所述的活體光測量裝置，其特征在于該計算器根據(jù)在每個測量點的腦活動波形與預定的模版波形的相似度確定該氧化血紅蛋白濃度變化和該脫氧血紅蛋白濃度變化是否每個都是顯著的。
8.根據(jù)權利要求7所述的活體光測量裝置，其特征在于該模版波形是在所有測量點的腦活動波形的平均波形、在腦活動最活躍的測量點的腦活動波形和標準的腦活動波形中的任一個波形。
9.根據(jù)權利要求1所述的活體光測量裝置，其特征在于還包括設定部，在該設定部中輸入每個氧化血紅蛋白和脫氧血紅蛋白的活動周期；其中該計算器確定從該設定部輸入的相應活動周期內的該氧化血紅蛋白濃度變化和該脫氧血紅蛋白濃度的變化是否顯著。
10.根據(jù)權利要求1所述的活體光測量裝置，其特征在于該計算器計算每個氧化血紅蛋白和脫氧血紅蛋白的腦活動的峰值時間；該活體光測量裝置還包括設定部，用于設定腦活動的變化周期，該變化周期的中心是峰值時間，并且根據(jù)在該變化周期期間的腦活動的變化，該計算器確定在所述變化周期期間該氧化血紅蛋白濃度變化和該脫氧血紅蛋白濃度的變化是否每個都是顯著的。
11.根據(jù)權利要求10所述的活體光測量裝置，其特征在于該峰值時間是從所有測量點的腦活動波形的平均波形、在腦活動最活躍的測量點的腦活動波形、標準腦活動波形、在待測部位的腦活動波形的平均波形和由該受檢體的過去腦活動信號準備的標準腦活動波形的任一個波形中進行計算的。
12.根據(jù)權利要求1所述的活體光測量裝置，其特征在于該顯示器根據(jù)測量時間顯示排列的確定結果。
13.根據(jù)權利要求1所述的活體光測量裝置，其特征在于該顯示器根據(jù)該氧化血紅蛋白和該脫氧血紅蛋白的顯著性以階梯顯示測量點的確定結果。
14.根據(jù)權利要求1所述的活體光測量裝置，其特征在于該顯示器顯示該氧化血紅蛋白濃度變化和該脫氧血紅蛋白濃度變化的最顯著的測量點的腦活動波形。
15.根據(jù)權利要求1所述的活體光測量裝置，其特征在于該計算器在每個測量點統(tǒng)計地確定該氧化血紅蛋白濃度變化、該脫氧血紅蛋白濃度變化和全部血紅蛋白濃度的變化是否顯著。
16.根據(jù)權利要求1所述的活體光測量裝置，其特征在于所述測量點實質上是在該光照射裝置和該受光裝置對之間的中點。
17.根據(jù)權利要求1所述的活體光測量裝置，其特征在于該多個光照射裝置和多個受光裝置以網(wǎng)格形式交替地設置。
全文摘要
一種活體光測量裝置，在每個測量部位，互相獨立地統(tǒng)計測試預定周期內的多個生理數(shù)據(jù)(諸如oxy－Hb信號類和deoxy－Hb信號類)的變化。通過組合多個生理數(shù)據(jù)的結果，將每個測量部位分類為多個類別中的一個類別。在單個圖表中顯示每個分類結果。效果還是相應于多個Hb信號類設定不同活動周期、確定是否每個信號類都表示活動或者估計該信號類的強度、并根據(jù)單個圖表中的多個Hb信號類的活動的組合顯示分類結果的方法。使用本發(fā)明的腦活動分析方法和顯示方法的活體光測量裝置可以高精度地檢測發(fā)生腦活動的部位。
文檔編號A61B5/1455GK101028190SQ200710001380
公開日2007年9月5日 申請日期2007年1月11日 優(yōu)先權日2006年3月3日
發(fā)明者佐藤大樹, 牧敦 申請人:株式會社日立制作所