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BRAIN ACTIVITY ANALYZER, REHABILITATION ASSISTING DEVICE, MIND-CONTROLLED DRIVING DEVICE, MIND-CONTROLLED DISPLAY, MEASUREMENT POINT SELECTION METHOD, MEASUREMENT POINT SELECTION PROGRAM

Patent code P130009144
Posted date Apr 18, 2013
Application number P2011-193886
Publication number P2013-052175A
Patent number P5733117
Date of filing Sep 6, 2011
Date of publication of application Mar 21, 2013
Date of registration Apr 24, 2015
Inventor
  • (In Japanese)綱島 均
  • (In Japanese)酒谷 薫
  • (In Japanese)澤井 英幸
  • (In Japanese)柳沢 一機
Applicant
  • (In Japanese)学校法人日本大学
Title BRAIN ACTIVITY ANALYZER, REHABILITATION ASSISTING DEVICE, MIND-CONTROLLED DRIVING DEVICE, MIND-CONTROLLED DISPLAY, MEASUREMENT POINT SELECTION METHOD, MEASUREMENT POINT SELECTION PROGRAM
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a brain activity analyzer or the like capable of accurately determining a measurement point.
SOLUTION: The brain activity analyzer includes: a task state detection means for detecting the state of a task on brain activity given to a subject; an index data generation means for generating index data which is the data made to correspond to the state of the task for each of the plurality of measurement points, and in which an index value based on measurement data of a plurality of light receiving means is varied; a conversion means for converting the index data generated by the index data generation means to data on a phase plane whose two axes represent the index value and its temporal differential value, respectively, and storing the converted data into a storage means; and an evaluation value calculation means which groups the data on the phase plane stored in the storage means by states of the task, and which calculates an evaluation value evaluating each of the plurality of measurement points on the basis of the dispersion of the grouping-dependent data on the phase plane.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

近年、BCI(Brain Computer Interface)についての研究が進められている。BCIとは,人間が脳で考えることを脳神経情報として取り出し,機械に入力することにより機器を制御するシステムである。手足を動かすことなく脳神経情報から直接機器の操作をすることができれば、例えば身体障害者など、体を動かせない患者に対する介護ロボットへの応用などが期待できる。

これに関連し、NIRSを用いて脳の活動を測定する技術について研究が進められている。人の血中に含まれるヘモグロビンは、酸素と結合して酸素化ヘモグロビン(oxy-Hb)となったり、酸素と離れて脱酸素化ヘモグロビン(deoxy-Hb)となることにより、血液中で酸素を運搬する役割を果たしている。また、人の脳内では、血流再配分作用によって活性化している部位には酸素供給が行われ、酸素と結合したオキシヘモグロビンの量が増加している。

酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンは、可視光から近赤外領域にかけて異なる分光吸収スペクトル特性を有しているので、近赤外光を用いて酸素化ヘモグロビン濃度及び脱酸素化ヘモグロビン濃度を推定することができる。従って、NIRSを人の頭部に装着して測定データを解析することにより、人の脳活動の状態を解析することができる。

特許文献1には、送光プローブ(光照射部)と受光プローブ(受光部)が行方向及び列方向に交互となるように正方格子状に配置されたNIRSについて記載されている。近赤外光は、皮膚組織や骨組織を透過し、血液中のオキシヘモグロビン、デオキシヘモグロビンにより吸収される。当文献に記載のように、人の頭部を対象とするNIRSでは、光照射部と受光部の位置をずらしていることが多い。

また、特許文献2には、NIRSを利用した脳機能測定装置において、光射出機能と光検出機能を有する生体情報検出用プローブの位置を決定するために、プローブ電極の位置を生体上で移動させ(或いは複数のプローブ電極に順次通電し)、抵抗が極大又は極小となる電気的特異点を探索し、生体情報検出用プローブの位置とすることについて記載されている。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、NIRS(Near Infra-Red Spectroscopy)を利用して脳の活動を解析する脳活動状態解析装置、及びこれを利用したリハビリテーション補助装置、思念制御型駆動装置、思念制御型表示装置、並びに当該脳活動状態解析装置により利用される測定ポイント選択方法、測定ポイント選択プログラムに関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
被験者の体に光を照射する複数の光照射手段と、前記被験者の体から放出される光を受光する複数の受光手段と、を備える送受光装置から入力される測定データに基づき前記被験者の脳の活動状態を解析する脳活動状態解析装置であって、
前記被験者に対して与えられる脳活動上のタスクの状態を検知するタスク状態検知手段と、
前記複数の光照射手段と前記複数の受光手段との組み合わせにより決定される複数の測定ポイント毎に、前記タスク状態検知手段により検知されるタスクの状態に対応付けられたデータであって、前記複数の受光手段の測定データに基づく指標値が変動する指標データを生成する指標データ生成手段と、
前記指標データ生成手段により生成された指標データを、前記指標値と前記指標値の時間微分値とを二軸とする位相平面上のデータに変換して記憶手段に格納する変換手段と、
前記記憶手段に格納された位相平面上のデータを前記タスクの状態毎にグループ分けし、該グループ分けに依存した前記位相平面上のデータの散らばりに基づき、前記複数の測定ポイントのそれぞれを評価した評価値を算出する評価値算出手段と、
を備える脳活動状態解析装置。

【請求項2】
 
請求項1に記載の脳活動状態解析装置であって、
前記評価値は、前記グループ内のデータの散らばりが小さい程大きくなる傾向、及び/又は前記グループ間のデータの散らばりが大きい程大きくなる傾向を有する値である、
脳活動状態解析装置。

【請求項3】
 
請求項1に記載の脳活動状態解析装置であって、
前記評価値は、前記グループ間のデータの散らばりを前記グループ内のデータの散らばりで除算した値である、
脳活動状態解析装置。

【請求項4】
 
請求項1ないし3のいずれか1項に記載の脳活動状態解析装置であって、
前記評価値算出手段により算出された評価値に基づき、前記複数の測定ポイントから好ましい測定ポイントを選択する選択手段を備える、
脳活動状態解析装置。

【請求項5】
 
請求項1ないし3のいずれか1項に記載の脳活動状態解析装置であって、
前記評価値算出手段により算出された評価値をユーザに提示し、前記ユーザによる測定ポイントの選択を受け付ける選択受付手段を備える、
脳活動状態解析装置。

【請求項6】
 
請求項1ないし5のいずれか1項に記載の脳活動状態解析装置であって、
前記被験者に対して脳活動上のタスクを与えるための動作を行うタスク供与手段を備え、
前記タスク状態検知手段は、前記タスク供与手段の動作状態に基づいて前記タスクの状態を検知する手段である、
脳活動状態解析装置。

【請求項7】
 
請求項1ないし6のいずれか1項に記載の脳活動状態解析装置であって、
前記指標データ生成手段は、前記複数の受光手段の測定データに対してノイズ除去処理を行って前記指標値を算出する手段である、
脳活動状態解析装置。

【請求項8】
 
請求項1に記載の脳活動状態解析装置であって、
入力データに対応して前記指標データ生成手段により算出された指標値が、予め前記評価値算出手段によりグループ化された位相平面上のデータのうちいずれのデータとの間で最も前記位相平面上の距離が小さいかに基づき、被験者の脳活動状態を推定する脳活動状態推定手段を備える、
脳活動状態解析装置。

【請求項9】
 
請求項8に記載の脳活動状態解析装置であって、
前記脳活動状態推定手段は、ベクトル演算における距離の算出式から前記指標値の二乗の項を除外した関数に基づき前記位相平面上の距離を算出する手段である、
脳活動状態解析装置。

【請求項10】
 
請求項8又は9に記載の脳活動状態解析装置と、
前記脳活動状態推定手段により前記被験者の脳活動状態が所定の状態にあると推定されたときに、前記被験者に筋刺激を与える筋刺激供与手段と、
を備えるリハビリテーション補助装置。

【請求項11】
 
請求項8又は9に記載の脳活動状態解析装置と、
前記脳活動状態推定手段により前記被験者の脳活動状態が所定の状態にあると推定されたときに、所定の動作を行うアクチュエータと、
を備える思念制御型駆動装置。

【請求項12】
 
請求項8又は9に記載の脳活動状態解析装置と、
前記脳活動状態推定手段により前記被験者の脳活動状態が所定の状態にあると推定されたときに、所定のイメージ画像を表示する表示手段と、
を備える思念制御型表示装置。

【請求項13】
 
被験者の体に光を照射する複数の光照射手段と、前記被験者の体から放出される光を受光する複数の受光手段と、を備える送受光装置から入力される測定データに基づき、前記複数の光照射手段と前記複数の受光手段との組み合わせにより決定される複数の測定ポイントから、好適な測定ポイントを選択する測定ポイント選択方法であって、
前記被験者に対して与えられる脳活動上のタスクの状態を検知する処理と、
前記複数の測定ポイント毎に、前記タスク状態検知手段により検知されるタスクの状態に対応付けられたデータであって、前記複数の受光手段の測定データに基づく指標値が変動する指標データを生成する処理と、
前記生成された指標データを、前記指標値と前記指標値の時間微分値とを二軸とする位相平面上のデータに変換して記憶手段に格納する処理と、
前記記憶手段に格納された位相平面上のデータを前記タスクの状態毎にグループ分けし、該グループ分けに依存する前記位相平面上のデータの散らばりに基づき、前記複数の測定ポイントのそれぞれを評価した評価値を算出する処理と、
前記算出された評価値に基づき好適な測定ポイントを選択する処理と、
をコンピュータが実行する測定ポイント選択方法。

【請求項14】
 
被験者の体に光を照射する複数の光照射手段と、前記被験者の体から放出される光を受光する複数の受光手段と、を備える送受光装置から入力される測定データに基づき、前記複数の光照射手段と前記複数の受光手段との組み合わせにより決定される複数の測定ポイントから、好適な測定ポイントを選択する測定ポイント選択方法であって、
前記被験者に対して与えられる脳活動上のタスクの状態を検知する処理と、
前記複数の測定ポイント毎に、前記タスク状態検知手段により検知されるタスクの状態に対応付けられたデータであって、前記複数の受光手段の測定データに基づく指標値が変動する指標データを生成する処理と、
前記生成された指標データを、前記指標値と前記指標値の時間微分値とを二軸とする位相平面上のデータに変換して記憶手段に格納する処理と、
前記記憶手段に格納された位相平面上のデータを前記タスクの状態毎にグループ分けし、該グループ分けに依存する前記位相平面上のデータの散らばりに基づき、前記複数の測定ポイントのそれぞれを評価した評価値を算出する処理と、
前記算出された評価値を提示し、ユーザによる好適な測定ポイントの選択を受け付ける処理と、
をコンピュータが実行する測定ポイント選択方法。

【請求項15】
 
被験者の体に光を照射する複数の光照射手段と、前記被験者の体から放出される光を受光する複数の受光手段と、を備える送受光装置から入力される測定データに基づき、前記複数の光照射手段と前記複数の受光手段との組み合わせにより決定される複数の測定ポイントから、好適な測定ポイントを選択するための測定ポイント選択プログラムであって、
前記被験者に対して与えられる脳活動上のタスクの状態を検知する処理と、
前記複数の測定ポイント毎に、前記タスク状態検知手段により検知されるタスクの状態に対応付けられたデータであって、前記複数の受光手段の測定データに基づく指標値が変動する指標データを生成する処理と、
前記生成された指標データを、前記指標値と前記指標値の時間微分値とを二軸とする位相平面上のデータに変換して記憶手段に格納する処理と、
前記記憶手段に格納された位相平面上のデータを前記タスクの状態毎にグループ分けし、該グループ分けに依存する前記位相平面上のデータの散らばりに基づき、前記複数の測定ポイントのそれぞれを評価した評価値を算出する処理と、
前記算出された評価値に基づき好適な測定ポイントを選択する処理と、
をコンピュータに実行させる測定ポイント選択プログラム。

【請求項16】
 
被験者の体に光を照射する複数の光照射手段と、前記被験者の体から放出される光を受光する複数の受光手段と、を備える送受光装置から入力される測定データに基づき、前記複数の光照射手段と前記複数の受光手段との組み合わせにより決定される複数の測定ポイントから、好適な測定ポイントを選択するための測定ポイント選択プログラムであって、
前記被験者に対して与えられる脳活動上のタスクの状態を検知する処理と、
前記複数の測定ポイント毎に、前記タスク状態検知手段により検知されるタスクの状態に対応付けられたデータであって、前記複数の受光手段の測定データに基づく指標値が変動する指標データを生成する処理と、
前記生成された指標データを、前記指標値と前記指標値の時間微分値とを二軸とする位相平面上のデータに変換して記憶手段に格納する処理と、
前記記憶手段に格納された位相平面上のデータを前記タスクの状態毎にグループ分けし、該グループ分けに依存する前記位相平面上のデータの散らばりに基づき、前記複数の測定ポイントのそれぞれを評価した評価値を算出する処理と、
前記算出された評価値を提示し、ユーザによる好適な測定ポイントの選択を受け付ける処理と、
をコンピュータに実行させる測定ポイント選択プログラム。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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