(57)【要約】【課題】非接触及び非侵襲的に生体組織の総ヘモグロビン量を算出して定量化することで、生体素子の代謝状態を明確に出力することができるヘモグロビン定量装置等を提供する。【解決手段】生体組織ａから反射した反射光であって、ヘモグロビンの酸素飽和度に応じて反射特性が異なる任意の２つの狭小波長帯域の成分、及び白色成分を受光する受光部２と、受光した光成分から取得した前記２つの狭小波長帯域における光成分に基づいて、前記ヘモグロビンのヘモグロビン量を算出するヘモグロビン量算出部８とを備え、当該ヘモグロビン量算出部８が、前記２つの狭小波長帯域における前記光成分を青色成分及び緑色成分に基づいて補正して、前記ヘモグロビン量を算出するものである。【選択図】図２
2020062063.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体組織から反射した反射光であって、ヘモグロビンの酸素飽和度に応じて反射特性が異なる任意の２つの狭小波長帯域の成分、及び白色成分を取得する成分取得手段と、
前記２つの狭小波長帯域における光成分に基づいて、前記ヘモグロビンのヘモグロビン量を算出するヘモグロビン量算出手段とを備え、
前記ヘモグロビン量算出手段が、前記２つの狭小波長帯域における前記光成分を青色成分及び緑色成分に基づいて補正して、前記ヘモグロビン量を算出することを特徴とするヘモグロビン定量装置。
【請求項２】
請求項１に記載のヘモグロビン定量装置において、
前記２つの狭小波長帯域における前記光成分の比に基づいて、前記ヘモグロビンの酸素飽和度を算出する酸素飽和度算出手段を備えることを特徴とするヘモグロビン定量装置。
【請求項３】
請求項２に記載のヘモグロビン定量装置において、
前記酸素飽和度算出手段が、手術中における動脈の酸素飽和度を基準として、前記酸素飽和度を算出することを特徴とするヘモグロビン定量装置。
【請求項４】
請求項２又は３に記載のヘモグロビン定量装置において、
前記ヘモグロビン量算出手段が算出した前記ヘモグロビン量、及び前記酸素飽和度算出手段が算出した前記酸素飽和度を、それぞれ切り替えて表示する表示制御手段を備えることを特徴とするヘモグロビン定量装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載のヘモグロビン定量装置において、
前記ヘモグロビン量算出手段が、前記２つの狭小波長帯域における前記光成分の合計値から前記青色成分及び前記緑色成分を除去することでヘモグロビン量を示す前記光成分として算出することを特徴とするヘモグロビン定量装置。
【請求項６】
コンピュータが、
生体組織から反射した反射光であって、ヘモグロビンの酸素飽和度に応じて反射特性が異なる任意の２つの狭小波長帯域の成分、及び白色成分を取得する成分取得ステップと、
前記２つの狭小波長帯域における光成分に基づいて、前記ヘモグロビンのヘモグロビン量を算出するヘモグロビン量算出ステップとを含み、
前記ヘモグロビン量算出ステップが、前記２つの狭小波長帯域における前記光成分を青色成分及び緑色成分に基づいて補正して、前記ヘモグロビン量を算出することを特徴とするヘモグロビン定量方法。
【請求項７】
生体組織から反射した反射光であって、ヘモグロビンの酸素飽和度に応じて反射特性が異なる任意の２つの狭小波長帯域の成分、及び白色成分を取得する成分取得手段、
前記２つの狭小波長帯域における光成分に基づいて、前記ヘモグロビンのヘモグロビン量を算出するヘモグロビン量算出手段としてコンピュータを機能させ、
前記ヘモグロビン量算出手段が、前記２つの狭小波長帯域における前記光成分を青色成分及び緑色成分に基づいて補正して、前記ヘモグロビン量を算出することを特徴とするヘモグロビン定量プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヘモグロビンの酸素飽和度及びヘモグロビン量を定量化するヘモグロビン定量装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高度で繊細な手術操作が求められる中、手術ナビゲーション技術への必要性が急速に高まっている。手術ナビゲーションとは、手術前又は手術中に得た画像を、手術の過程において術野の位置関係をリアルタイムにコンピュータ上で処理することで、手術を補助するものである。しかし、現在のナビゲーションは、病変と脈管との立体的位置関係に基づく治療計画の立案とその情報共有の域（シュミレーション）を出ていないのが現状であり、術中に生体組織の状態を正確にイメージングし、適切な判断を可能とするナビゲーション装置の開発が望まれている。
【０００３】
その中で、特に、血中の酸素飽和度を測定するパルスオキシメータが、非侵襲に生体の酸素飽和度を測定（数値化）できる装置として全世界の医療現場に広く普及している。酸化ヘモグロビン及び水の吸光が最小となる６５０ｎｍ〜１０００ｎｍの波長帯域は、光が生体に吸収されにくい領域であり、「生体の窓」と呼ばれ上記パルスオキシメータ等で利用されている。パルスオキシメータは、近赤外光を皮膚に照射し、生体組織内を透過、散乱して皮膚表面に戻ってきた光を検出するもので、光源とセンサで測定箇所を挟み込んで測定を行う。
【０００４】
しかしながら、上記パルスオキシメータなど現在普及している装置は、生体の一点の酸素飽和度を測定し、全身の肺又は心臓の機能を反映させる装置であり、（１）時間と酸素飽和度の二次元的情報であり位置情報を含んでいないため、生体の心肺機能を反映するに過ぎず、組織の酸素代謝を反映していない。（２）数値化のみでイメージングできず直感的でない。（３）透過光または散乱光を用いているため、生体局所の投光機とセンサーを目的の部位を挟みこむように、密着させる必要があり、手術を含む処置中では接触機器が空間的障害となり操作を妨げ、接触による組織障害を及ぼす。といった問題を有している。
【０００５】
これらの問題に関連して、以下の技術が開示されている。特許文献１に示す技術は、電子内視鏡システム１０の光源装置１３は、白色光源３０と、半導体光源ユニット３１と、ロータリフイルタ３４とを有し、白色光源３０は白色光ＢＢを常時発光し、検体内には、半導体光源ユニット３１からの青色狭帯域光Ｎｂと、ロータリフイルタ３４で色分離されたＧ色光が交互に照射され、青色狭帯域光Ｎｂの反射像と、Ｇ色光の反射像とは、交互に撮像され、青色狭帯域光Nｂの反射像の撮像時に得られる画像データＮｂを、Ｇ色光の反射像の撮像時に得られる画像データＧで規格化して信号比Ｎｂ／Ｇを得、信号比Ｎｂ／Ｇと色情報とが対応付けられたカラーテーブル６５ａと、信号比Ｎｂ／Ｇとに基づいて、血中ヘモグロビンの酸素飽和度を画像化した第１酸素飽和度画像を作成する。
【０００６】
特許文献２に示す技術は、それぞれ異なる波長の光を出力する発光源を備え、前記発光源よりの光を血液中に照射し、その反射光強度をもとに血液中のヘモグロビンの酸素飽和度を測定する方法であって、少なくとも２つの周波数の異なる第１と第２の交流信号により前記発光源のそれぞれを駆動し、各発光源よりの光のうち血液中で反射された光の反射光強度を検知して電気信号に変換する工程と、前記電気信号を前記第１と第２の交流信号の周波数成分を含む信号にそれぞれ分離し、前記第１及び第２の交流信号のそれぞれに同期して復調する工程と、復調された信号のそれぞれより前記第１或は第２の交流信号の周波数成分を除去して第１と第２の反射光強度信号を取り出す工程と、前記第１と第２の反射光強度信号をもとに前記血液中のヘモグロビンの酸素飽和度を演算する工程と、を有するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２０１４／１３２７４２号
【特許文献２】特開平３−１７０８６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
組織の変化を組織中のヘモグロビン酸素飽和度及び総ヘモグロビン量の２つの指標で評価することができれば、組織の状態を正確且つ具体的に判断することが可能となる。例えば、腫瘍の診断に関して、腫瘍はたとえ形状が同じであっても酸素代謝が異なるため、正常組織との境界を明瞭に描出することができ、正常固有組織内のどこに腫瘍が存在するかをリアルタイムに判断することが可能である。これまでの方法では、例えば、造影剤を血管内に注入し放射線手法によって撮影するか、一部を摘出して病理学的に診断することが行われており、リアルタイムに判断できることは腫瘍の存在を確認し切除範囲を決定するなど治療のナビゲーションとして有用となる。
【０００９】
また、例えば、同一の臓器中での虚血やうっ血などの変化があれば、酸素飽和度や組織中の血液量に増減が生じる。異なる組織間ではヘモグロビンの含有量も異なり、酸素消費量の多い悪性腫瘍ならば組織中の酸化ヘモグロビンは低下する。サイトカインにより血流が豊富になれば、炎症組織中の総ヘモグロビン量は上昇する。このように組織中のヘモグロビン酸素飽和度及び総ヘモグロビン量の双方がわかることで、組織血流のみならず、組織の境界や活動性の評価など、さまざまな情報を知ることができる。
【００１０】
しかしながら、上記特許文献１及び２に示す技術は、ヘモグロビンの酸素飽和度を定量化することができるものの、総ヘモグロビン量を定量することができないため、より詳細な診断を行うことができないという課題を有する。
【００１１】
本発明は、非接触及び非侵襲的に生体組織のヘモグロビン量を算出して定量化することで、生体組織酸素代謝状態を明確に定量化することができるヘモグロビン定量装置等を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係るヘモグロビン定量装置は、生体組織から反射した反射光であって、ヘモグロビンの酸素飽和度に応じて反射特性が異なる任意の２つの狭小波長帯域の成分、及び白色成分を取得する成分取得手段と、前記２つの狭小波長帯域における光成分に基づいて、前記ヘモグロビンのヘモグロビン量を算出するヘモグロビン量算出手段とを備え、前記ヘモグロビン量算出手段が、前記２つの狭小波長帯域における前記光成分を青色成分及び緑色成分に基づいて補正して、前記ヘモグロビン量を算出するものである。
【００１３】
このように、本発明に係るヘモグロビン定量装置においては、生体組織から反射した反射光であって、ヘモグロビンの酸素飽和度に応じて反射特性が異なる任意の２つの狭小波長帯域の成分、及び白色成分を取得する成分取得手段と、前記２つの狭小波長帯域における光成分に基づいて、前記ヘモグロビンのヘモグロビン量を算出するヘモグロビン量算出手段とを備え、前記ヘモグロビン量算出手段が、前記２つの狭小波長帯域における前記光成分を青色成分及び緑色成分に基づいて補正して、前記ヘモグロビン量を算出するため、パルスオキシメータなどでは測定不可能なヘモグロビン量を定量化することが可能となり、より正確な組織酸素代謝の診断に役立てることができるという効果を奏する。
【００１４】
本発明に係るヘモグロビン定量装置は、前記２つの狭小波長帯域における前記光成分の比に基づいて、前記ヘモグロビンの酸素飽和度を算出する酸素飽和度算出手段を備えるものである。
【００１５】
このように、本発明に係るヘモグロビン定量装置においては、組織のヘモグロビン量に加えて、ヘモグロビン酸素飽和度を算出することができるため、それぞれの値に基づいた組織酸素代謝を明瞭に定量化することができるという効果を奏する。
【００１６】
本発明に係るヘモグロビン定量装置は、前記酸素飽和度算出手段が、手術中における拍動する動脈の酸素飽和度を基準として、前記酸素飽和度を算出するものである。
【００１７】
このように、本発明に係るヘモグロビン定量装置においては、前記酸素飽和度算出手段が、手術中における拍動する動脈の酸素飽和度を基準として、前記酸素飽和度を算出するため、十分に酸素化され極限に達した動脈血であって、ヘモグロビン酸素飽和度が確実に高い状態を基準とすることで、正確にヘモグロビン酸素飽和度を算出し定量化することができるという効果を奏する。
【００１８】
本発明に係るヘモグロビン定量装置は、前記ヘモグロビン量算出手段が算出した前記ヘモグロビン量、及び前記酸素飽和度算出手段が算出した前記酸素飽和度を、それぞれ切り替えて表示する表示制御手段を備えるものである。
【００１９】
このように、本発明に係るヘモグロビン定量装置においては、前記ヘモグロビン量算出手段が算出した前記ヘモグロビン量、及び前記酸素飽和度算出手段が算出した前記酸素飽和度を、それぞれ切り替えて表示する表示制御手段を備えるため、ヘモグロビン量及びヘモグロビン酸素飽和度を画像でリアルタイムに確認することが可能となり、手術ナビゲーションとして利用することができるという効果を奏する。
【００２０】
本発明に係るヘモグロビン定量装置は、前記ヘモグロビン量算出手段が、前記２つの狭小波長帯域における前記光成分の合計値、前記青色成分及び前記緑色成分に基づいて補正することでヘモグロビン量を示す光量として算出するものである。
【００２１】
このように、本発明に係るヘモグロビン定量装置においては、前記ヘモグロビン量算出手段が、前記２つの狭小波長帯域における前記光成分の合計値、前記青色成分及び前記緑色成分に基づいて補正することでヘモグロビン量を示す光量として算出するため、ヘモグロビンの反射特性に関与しない青色成分と緑色成分を使って、対象組織の形状、照度ムラ、照明ムラ等によって生じたシェーディングを補正することができ、正確にヘモグロビン量を算出することが可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１の実施形態に係るヘモグロビン定量装置のハードウェア構成図である。
【図２】第１の実施形態に係るヘモグロビン定量装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図３】ヘモグロビン酸素飽和度に応じた波長帯域ごとの反射特性を示すグラフである。
【図４】アクティブ投光器で照射するスペクトル特性を示す図である。
【図５】酸素飽和度が７０％の場合の総ヘモグロビン量の変化を示す図である。
【図６】６７０ｎｍの波長帯域における生体組織の画像と、８３０ｎｍの波長帯域における生体組織の画像とを示す図である。
【図７】カラー画像からＲ成分、Ｇ成分及びＢ成分を分割してそれぞれの成分ごとに表示したものである。
【図８】総ヘモグロビン量を定量化した画像を示す図である。
【図９】酸素飽和度の画像を示す図である。
【図１０】第１の実施形態に係るヘモグロビン定量装置の動作を示すフローチャートである。
【図１１】第２の実施形態に係るヘモグロビン定量装置においてフリッカを排除する場合のスペクトルの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を説明する。また、本実施形態の全体を通して同じ要素には同じ符号を付けている。
【００２４】
（本発明の第１の実施形態）
本実施形態に係るヘモグロビン定量装置について、図１ないし図１０を用いて説明する。本実施形態に係るヘモグロビン定量装置は、生体組織を撮像した際の反射光を第１波長帯域成分、第２波長帯域成分及び白色成分で取得し、受光した反射光を利用してヘモグロビンの酸素飽和度及びヘモグロビン量を算出するものである。また、算出したそれぞれの値で画像を生成し、ディスプレイにリアルタイムに表示することで手術ナビゲーション（手術支援装置）として機能するものである。
【００２５】
図１は、本実施形態に係るヘモグロビン定量装置のハードウェア構成図である。ヘモグロビン定量装置１のコンピュータ１００は、、ＣＰＵ１０１、ＲＡＭ１０２、ＲＯＭ１０３、ハードディスク（ＨＤとする）１０４、通信Ｉ／Ｆ１０５、及び入出力Ｉ／Ｆ１０６を備える。ＲＯＭ１０３やＨＤ１０４には、オペレーティングシステム、プログラム、データベース等が格納されており、必要に応じてプログラムがＲＡＭ１０２に読み出され、ＣＰＵ１０１により実行される。
【００２６】
通信Ｉ／Ｆ１０５は、装置間の通信を行うためのインタフェースである。入出力Ｉ／Ｆ１０６は、タッチパネル、キーボード、マウス等の入力機器からの入力を受け付けたり、プリンタやディスプレイ等にデータを出力するためのインタフェースである。この入出力Ｉ／Ｆ１０６は、必要に応じて光磁気ディスク、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ−Ｒ等のリムーバブルディスク等に対応したドライブを接続することができる。各処理部はバスを介して接続され、情報のやり取りを行う。なお、上記ハードウェアの構成はあくまで一例であり、必要に応じて変更可能である。
【００２７】
図２は、本実施形態に係るヘモグロビン定量装置の構成を示す機能ブロック図である。ヘモグロビン定量装置１は、生体組織ａから反射する反射光を受光する受光部２と、受光した反射光から第１波長帯域の光成分を取得する第１波長成分取得部３と、受光した反射光から第２波長帯域の光成分を取得する第２波長成分取得部４と、受光した反射光における白色成分のうちの緑色成分を取得するＧ成分取得部５と、受光した反射光における白色成分のうちの青色成分を取得するＢ成分取得部６と、第１波長成分取得部３が取得した光成分、及び第２波長成分取得部４が取得した光成分に基づいて、ヘモグロビン酸素飽和度を算出する酸素飽和度算出部７と、第１波長成分取得部３が取得した光成分、第２波長成分取得部４が取得した光成分、Ｇ成分取得部５が取得した光成分、及びＢ成分取得部６が取得した光成分に基づいて、総ヘモグロビン量を算出するヘモグロビン量算出部８と、酸素飽和度算出部７が算出したヘモグロビン酸素飽和度の光成分から画像を生成すると共に、ヘモグロビン量算出部８が算出した総ヘモグロビン量の光成分から画像を生成する画像生成部９と、生成されたヘモグロビン酸素飽和度の画像及び総ヘモグロビン量画像を利用者の操作に基づいて、ディスプレイｂに切り替え表示する表示制御部１０とを備える。
【００２８】
ここで、本実施形態における定量の対象となるヘモグロビンについて説明する。赤血球中の大部分を占めている血色素はヘモグロビンであり、ヘムという色素とグロビンというタンパク質から構成されている。赤血球中のヘモグロビンは、酸素分子と結合する性質を持ち、肺から全身へと酸素を運搬する役割を担っている。酸化ヘモグロビンが酸素を体内の組織に運び、代わりに二酸化炭素を受け取って還元ヘモグロビンとして肺に戻り、再び酸素と結びついて各生体組織に酸素を運ぶという非常に重要な役割を担っている。この酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンとは、それぞれスペクトルごとの反射特性が異なるため、ヘモグロビン全体の色調は酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの割合で変化する。例えば、酸素飽和度が高い場合は、酸化ヘモグロビンは近赤外光（波長８３０ｎｍ）をよく吸収するため赤色光が多く検出される。酸素飽和度が低い場合は、還元ヘモグロビンは赤色光（波長６７０ｎｍ）を吸収するため近赤外光が多く検出される。このことから、酸素飽和度が高い動脈血は鮮紅色で、酸素飽和度が低い静脈血は暗褐色に見えるような反射特性を有している。
【００２９】
本実施形態に係るヘモグロビン定量装置は、これらの酸化ヘモグロビン及び還元ヘモグロビンの反射特性を利用してヘモグロビンの定量を行う。上記に示した、第１の波長帯域と第２の波長帯域とは、ヘモグロビンの酸素飽和度に応じて反射特性が異なる任意の２つの狭小波長帯域であり、例えば、第１の波長帯域が６７０ｎｍの波長帯域であり、第２の波長帯域が８３０ｎｍの波長帯域である。図３は、ヘモグロビン酸素飽和度に応じた波長帯域ごとの反射特性を示すグラフである。図３に示すように、ヘモグロビン酸素飽和度が１００％の場合は、約６００ｎｍの波長から約６７０ｎｍの波長帯域にかけて光成分が次第に大きくなり、６７０ｎｍでピーク値となり、そこから波長が長くなるに連れて次第に光成分が減少する。一方、ヘモグロビン酸素飽和度が０％の場合は、約６００ｎｍの波長から約６７０ｎｍの波長帯域にかけて光成分が次第に大きくなり、７３０ｎｍあたりで一旦ピークが現れた後に８３０ｎｍで最大ピークが現れ、そこから波長が長くなるに連れて次第に光成分が減少する。ヘモグロビン酸素飽和度が７０％の場合は、約６００ｎｍの波長から約６７０ｎｍの波長帯域にかけて光成分が次第に大きくなり、７１０ｎｍあたりで最大ピークが現れ、そこから波長が長くなるに連れて次第に光成分が減少する。このように、ヘモグロビンは酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンとの割合に応じてスペクトル毎の反射率が異なるため、波長帯域ごとの反射特性を示すグラフの形状が異なっている。つまり、ヘモグロビンは酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンとの割合が同じ場合には、同じグラフ形状となる。
【００３０】
ここで、図３からわかる通り６７０ｎｍの波長帯域においては、ヘモグロビン酸素飽和度が高い程、反射光の成分が大きくなっており、ヘモグロビン酸素飽和度の減少に応じて反射光の成分が大きく減少している。一方、８３０ｎｍの波長帯域においては、ヘモグロビン酸素飽和度が高い程、反射光の成分が小さくなっており、ヘモグロビン酸素飽和度の減少に応じて反射光の成分が少し増加している。すなわち、６７０ｎｍの波長帯域と８３０ｎｍの波長帯域において、ヘモグロビン酸素飽和度と反射光成分との関係は相補的な関係になっており、それぞれに応じて変化している。本実施形態においては、後述するように、これらの２波長間における反射特性の相関関係を利用することで、ヘモグロビン酸素飽和度及びヘモグロビン量を算出することが可能となる。
【００３１】
受光部２は、生体組織の反射光を受光するセンサであり、例えば、アクティブ投光型の投光器で生体組織を照射した際の反射光が受光部２で受光される。このとき、投光器では図４に示すようなスペクトル特性を有する光が生体組織を照射する。すなわち、約３００ｎｍ〜１０００ｎｍの波長帯域で均等に成分を有するランプと、６７０ｎｍの波長帯域の成分を有するランプと、８３０ｎｍの波長帯域の成分を有するランプとで生体組織を照射する。このアクティブ照明方式は、異なるスペクトルを持つ照明を切り替えながら撮影してハイパースぺクトルイメージを得る方式であり、照明の切り替えは液晶チューナブルフィルタと同様に電気的に制御するため、対象の２次元分光画像を高速に取得できる。 
【００３２】
なお、アクティブ投光型の投光器による照射を行わなくても、必要な波長帯域の光成分のみをフィルタリングにより取り出すような構成としてもよい。フィルタ方式では、ＣＣＤカメラなどの前に特定の波長域の光のみを通すフィルタを設置して撮影することで分光画像を得ることが可能である。
【００３３】
受光部２が受光した反射光は、第１波長成分取得部３が６７０ｎｍの波長帯域における光成分を取得し、第２波長成分取得部４が８３０ｎｍの波長帯域における光成分を取得し、Ｇ成分取得部５が緑色成分を取得し、Ｂ成分取得部６が青色成分を取得する。
【００３４】
以下、酸素飽和度算出部７及びヘモグロビン量算出部８の処理について説明する。酸素飽和度算出部７は、第１波長成分取得部３が取得した６７０ｎｍの波長帯域における反射度と、第２波長成分取得部４が取得した８３０ｎｍの波長帯域における反射度とに基づいて、血中の酸素飽和度を算出する。ある物質がどれくらい光を反射するかを反射度とし、反射度は照射量が一定であれば反射光量をＣＣＤなどのセンサーを使って測定することが可能である。スペクトルに対応した一定の反射度を持った物質も、その物質の一定面積当たりの濃度（密度）が濃く（高く）なればなるほど、反射される光の量は多くなる。溶液の吸光度であれば、ランバート・ベールの法則により、ある液体中の溶質の濃度を知ることが可能になる。物質（溶質）が２種類の場合は、２種類の波長の光を当ててその反射度（吸光度）を測定することで、その物質の相対濃度を知ることができる。したがって、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンとから構成されているヘモグロビンは２種類の波長の光を当てることによって、それぞれの相対濃度を知ることが可能となる。
【００３５】
【数１】
2020062063.tif 000003
【００３６】
rは相関係数、Ｐ１Ｒ６７０はＰ１点での波長６７０ｎｍの反射度、Ｐ１Ｒ８３０はＰ１点での波長８３０ｎｍの反射度である。
【００３７】
実際に測定できるのは反射度ではなく、反射光量である。しかしながら、Ｐ１点における反射光量は以下の式に示す通り、Ｐ１点での照射光量に反射度を乗じた値である。
【００３８】
【数２】
2020062063.tif 000004
【００３９】
ＬＰ１はＰ１点での照射光量を示し、照明において波長６７０ｎｍと波長８３０ｎｍとの照射量は等しく設定してあれば、
【００４０】
【数３】
2020062063.tif 000005
【００４１】
ＬＰ１Ｒ６７０はＰ１点での波長６７０ｎｍの照射光量、ＬＰ１Ｒ８３０はＰ１点での波長８３０ｎｍの照射光量とする。
【００４２】
すなわち、図３において示したように、酸化ヘモグロビン量と還元ヘモグロビン量との割合に応じて各波長（６７０ｎｍと８３０ｎｍ）ごとの反射光成分が異なり、それぞれの波長間において相関関係を有することから、上記の式（１）により血中の酸素飽和度を算出することができる。６７０ｎｍと８３０ｎｍとの反射光成分の比は、ある瞬間の画面上の位置Ｐ１におけるヘモグロビン酸素飽和度を反映する。この値は、２つの値の比を取ることによって算出されているため、照射光量をが異なる時間及び部位的な変化にも対応できる数値である。つまり、経時的な観察や他の部位との比較には有用である。しかし、絶対的な評価を行うためには、絶対値（測定値）と算出された定量値のスケールを統一する基準を決める必要がある。測定値と定量値のスケールを統一するため、手術中は全身に対して十分な酸素化が行われていることを利用して、拍動する動脈の酸素飽和度（Ｒ６７０ｎｍ／Ｒ８３０ｎｍ）を最高値の基準１００とする係数Ｋ１を算出する。すなわち、以下の式により酸素飽和度を算出する。
【００４３】
【数４】
2020062063.tif 000006
【００４４】
ヘモグロビン量算出部８によるヘモグロビン量の算出においても、その物質の一定面積当たりの濃度（密度）が濃く（高く）なればなるほど、反射される光の量は多くなる。溶液の吸光度であれば、上述したように、ランバート・ベールの法則により、物質の相対濃度を知ることができ、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンとから構成されているヘモグロビンの量も酸素飽和度と同様に２種類の波長の光を当てることによって算出できる。
【００４５】
反射特性の異なる２つの物質が様々な割合で存在している場合に、全体の濃度は以下のように算出することが可能である。図３において、反射度の異なる物質の相対濃度によって反射特性を示すグラフの形状が異なることを示したが、相対的濃度が一定で絶対的な濃度が変化した際には、反射特性を示すグラフの形状は図５に示すように、そのままで絶対値が変化する。絶対濃度が低下すれば、すべての波長において反射率は低下する。しかし、元々の反射度が異なっているため、１つの波長の反射量の変化だけでは、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンとの相対濃度の影響を除外することができない。
【００４６】
ここで、Ｐ１点において酸素飽和度に比例して反射度が増加する６７０ｎｍと、反比例して反射度が低下する８３０ｎｍの反射量を用いて、ヘモグロビンの絶対量を定量化する。２つの波長では元々増減量が異なるため、２つの波長での増減幅を考慮した係数ｉを用いることによって、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンとの相対的濃度に影響されない絶対量を算出することが可能となる。
【００４７】
位置Ｐ１におけるヘモグロビンの絶対量（Ｈｂａｍｏｕｎｔ）は、次式で算出することができる。
【００４８】
【数５】
2020062063.tif 000007
【００４９】
ここで、酸素飽和度（酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンとの相対的濃度）の算出に際しては、各々の波長の反射光量の比を取ることで、照射量の影響を打ち消すことが可能であったが、絶対量の算出には比を取ることができないので、照射量の影響、すなわち生体組織の凹凸や照明ムラから生じるシェーディングを補正する必要がある。補正には、同じ光源の光を同時に捕らえているＲＧＢカラー成分のうち、ヘモグロビンの変化の影響を受けないＧ（ｇｒｅｅｎ）成分とＢ（Ｂｌｕｅ）成分とを利用する。
【００５０】
【数６】
2020062063.tif 000008
【００５１】
ヘモグロビンの絶対量においても測定値と定量値のスケールを統一するため、補正値Ｋ２の算出にはうっ血や虚血がない拍動している動脈における（Ｒ６７０＋Ｒ８３０）／Ｒ（Ｂ＋Ｇ）を１００として利用する。すなわち、
【００５２】
【数７】
2020062063.tif 000009
【００５３】
となる。このようにＲ（Ｂ＋Ｇ）の比で補正することで、シェーディングを補正しヘモグロビンの絶対値を定量化することが可能となる。
【００５４】
画像生成部９は、酸素飽和度算出部７及びヘモグロビン量算出部８がそれぞれ算出したヘモグロビン酸素飽和度及び総ヘモグロビン量を画素に置き換えて画像として生成する。表示制御部１０は、画像生成部９が生成したヘモグロビン酸素飽和度を示す画像、及び総ヘモグロビン量を示す画像を、利用者の操作に応じて切り替えてディスプレイｂにリアルタイムに表示する。
【００５５】
図６〜図９に具体的な画像を示す。図６は、６７０ｎｍの波長帯域における生体組織の画像と、８３０ｎｍの波長帯域における生体組織の画像とを示している。また、図７は、カラー画像からＲ成分、Ｇ成分及びＢ成分を分割してそれぞれの成分ごとに表示したものである。図６におけるそれぞれの波長帯域の画像の加算値を、図７におけるＧ成分とＢ成分との加算値で除算することで、図８に示すように総ヘモグロビン量を定量化した画像を生成することが可能となる。また、図６におけるそれぞれの波長帯域の画像を除算（Ｐ１６７０／Ｐ１８３０）することで、図９に示すように酸素飽和度を示す画像を生成することが可能となる。図８及び図９の画像は、それぞれ個別に生成されるため、利用者の操作に応じて切り替えて表示、又は同一画面に同時に表示されることとなる。
【００５６】
次に、本実施形態に係るヘモグロビン定量装置の動作を説明する。図１０は、本実施形態に係るヘモグロビン定量装置の動作を示すフローチャートである。まず、カメラ又はセンサの受光部２が生体組織の注目箇所を撮像する（Ｓ１）。第１波長成分取得部３が６７０ｎｍの波長帯域の成分を取得し、第２波長成分取得部４が８３０ｎｍの波長帯域の成分を取得し、Ｇ成分取得部５がＲＧＢのうちのＧ成分（緑色成分）を取得し、Ｂ成分取得部６がＲＧＢのうちのＢ成分（青色成分）を取得する（Ｓ２）。酸素飽和度算出部７が、第１波長成分取得部３が取得した６７０ｎｍの波長帯域の成分、及び第２波長成分取得部４が取得した８３０ｎｍの波長帯域の成分に基づいて、ヘモグロビン酸素飽和度を算出する（Ｓ３）。画像生成部９が、算出されたヘモグロビン酸素飽和度に応じた画像を生成する（Ｓ４）。ヘモグロビン量算出部８が、第１波長成分取得部３が取得した６７０ｎｍの波長帯域の成分、第２波長成分取得部４が取得した８３０ｎｍの波長帯域の成分、Ｇ成分取得部５が取得したＲＧＢのうちのＧ成分、及びＢ成分取得部６が取得したＲＧＢのうちのＢ成分に基づいて、総ヘモグロビン量を算出する（Ｓ５）。画像生成部９が、算出された総ヘモグロビン量に応じた画像を生成する（Ｓ６）。表示制御部１０が、利用者の操作に応じてヘモグロビン酸素飽和度の画像と総ヘモグロビン量の画像とを切り替えて、又は同一の画面内に同時に表示するように制御し（Ｓ７）、処理を終了する。
【００５７】
このように、本実施形態に係るヘモグロビン定量装置においては、２つの狭小波長帯域における光成分に基づいて、ヘモグロビンのヘモグロビン量を算出するヘモグロビン量算出部８を備え、ヘモグロビン量算出部８が、２つの狭小波長帯域における光成分を青色成分及び緑色成分に基づいて補正してヘモグロビン量を算出するため、パルスオキシメータなどでは測定不可能な総ヘモグロビン量を得ることが可能となり、より正確な診断に役立てることができる。
【００５８】
また、総ヘモグロビン量に加えて、ヘモグロビン酸素飽和度を算出することができるため、それぞれの値に基づいた正確且つ詳細な診断を可能にする。
【００５９】
さらに、手術中における動脈の酸素飽和度を基準として、酸素飽和度を算出するため、ヘモグロビン酸素飽和度が確実に高い状態を基準とすることで、正確なヘモグロビン酸素飽和度を算出することができる。
【００６０】
さらにまた、ヘモグロビン量、及び酸素飽和度をそれぞれ切り替えて表示するため、総ヘモグロビン量及びヘモグロビン酸素飽和度を画像でリアルタイムに確認することが可能となり、手術ナビゲーションとして利用することができる。
【００６１】
さらにまた、ヘモグロビンの反射特性に関与しない青色成分と緑色成分を使って、演算に不必要な成分に関する情報を除去することができ、正確に総ヘモグロビン量を算出することが可能になる。
【００６２】
（本発明の第２の実施形態）
本実施形態に係るヘモグロビン定量装置について、図１１を用いて説明する。本実施形態に係るヘモグロビン定量装置は、アクティブ投光型の投光器で生体組織を照射した場合に生じ得るフリッカを防止する機能を備える。
【００６３】
アクティブ投光器により異なる波長の投光器を短時間で切り替えて使用するため、ちらつき（フリッカ）が発生する。肉眼や通常のＲＧＢカメラで撮像した場合にフリッカが発生してしまうと、利用者にとって非常に邪魔なものとなってしまう。人間の肉眼やＲＧＢカメラは３種類の色感度を持っているが、実際の光原色は、次式のように人間の視覚特性により積分されて観測される。
【００６４】
【数８】
2020062063.tif 000010
【００６５】
すなわち、第１波長帯域である６８０ｎｍや第２波長帯域である８３０ｎｍの光成分を画像として復元できると共に、人間の視覚特性を考慮し、投光器の切り替えによる観測色の変化が感じられないような波長の光の組み合わせＬを上記式の最適化により求め、アクティブ投光器として構成することで、フリッカを排除したマルチスペクトル計測が可能となる。
【００６６】
図１１は、フリッカを排除する場合のスペクトルの一例を示す図である。図１１（Ａ）に示すように、照明１と証明２とで２つの異なる波長帯域における光成分（第１波長帯域及び第２波長帯域）を切り替えて使用するとフリッカが発生する。これに対して、図１１（Ｂ）に示すように、それぞれの波長帯域の近傍の波長帯域の光成分であって、それぞれの照明の光成分が類似するように他の波長帯域の光成分を追加することで、照明１の光成分と照明２の光成分との差異を小さくし、フリッカを防止することが可能となる。
【００６７】
なお、上記では、照明（投光器）間の光成分の差異を小さくすることで、フリッカを排除する手法について説明したが、単一の可視光（例えば、６８０ｎｍ）の照明を点滅させるような場合は、当該可視光近傍の波長帯域における弱い光成分を追加することで、前記の単一の可視光を照射した場合と照射しない場合との差を小さくし、フリッカを防止するようにしてもよい。
【００６８】
このように、本実施形態に係るヘモグロビン定量装置においては、アクティブ投光型により光を照射する場合に、照明の切り替えにより発生するフリッカを防止して、利用者の邪魔にならないように生体組織を撮像することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１  ヘモグロビン定量装置
２  受光部
３  第１波長成分取得部
４  第２波長成分取得部
５  Ｇ成分取得部
６  Ｂ成分取得部
７  酸素飽和度算出部
８  ヘモグロビン量算出部
９  画像生成部
１０  表示制御部
１００  コンピュータ
１０１  ＣＰＵ
１０２  ＲＡＭ
１０３  ＲＯＭ
１０４  ハードディスク
１０５  通信Ｉ／Ｆ
１０６  入出力Ｉ／Ｆ
【図１】
2020062063.tif 000011
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2020062063.tif 000019
【図１０】
2020062063.tif 000020
【図１１】
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