(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
血管位置特定システムであって、
対象の皮膚の領域が第１の光によって照明されるときに前記領域の第１の画像を撮影すると共に、前記領域が第２の光によって照明されるときに前記領域の第２の画像を撮影するように構成される画像撮影デバイスと、
前記第１の画像と前記第２の画像との間の差を計算して差分画像を取得するように構成される画像処理モジュールとを備え、
前記画像処理モジュールはさらに、前記差分画像を強調して、前記対象の前記皮膚の表面下に位置する血管の強調画像を取得するように構成されると共に、前記血管の前記強調画像を前記第１の画像に重ね合わせて、最終画像を取得するように構成され、
前記画像撮影デバイスは、交互に連続して前記第１の画像及び前記第２の画像を複数回撮影する、血管位置特定システム。
【請求項２】
前記対象の前記皮膚の前記領域を照明するために、前記第１の光を放射するように構成される第１の光源であって、前記第１の光は可視スペクトル内の少なくとも１つの波長を有する、第１の光源と、
前記対象の前記皮膚の前記領域を照明するために、前記第２の光を放射するように構成される第２の光源であって、前記第２の光は近赤外スペクトル内の少なくとも１つの波長を有する、第２の光源とをさらに備える、請求項１に記載の血管位置特定システム。
【請求項３】
前記第１の光源は広帯域白色光を放射するように構成される、請求項２に記載の血管位置特定システム。
【請求項４】
前記第１の光源は、約４７０ｎｍの波長において前記第１の光を放射するように構成される１つ又は複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む、請求項２に記載の血管位置特定システム。
【請求項５】
前記第２の光源は、約８８０ｎｍの波長において前記第２の光を放射するように構成される１つ又は複数のＬＥＤを含む、請求項２に記載の血管位置特定システム。
【請求項６】
開口端エンクロージャをさらに備え、前記第１の光源及び前記第２の光源は前記開口端エンクロージャの内面上にある、請求項２に記載の血管位置特定システム。
【請求項７】
前記第１の光源及び前記第２の光源が光を放射する時を制御するように構成される制御デバイスをさらに備え、前記制御デバイスはさらに、前記第１の光源が光を放射するときに前記第１の画像を撮影すると共に、前記第２の光源が光を放射するときに前記第２の画像を撮影するために、前記画像撮影デバイスを同期させるように構成される、請求項２に記載の血管位置特定システム。
【請求項８】
前記画像処理モジュールはさらに、前記第１の画像と前記第２の画像との間の差を計算する前に、前記第１の画像及び前記第２の画像を個々にフィルタリングするように構成される、請求項１に記載の血管位置特定システム。
【請求項９】
前記最終画像を表示するように構成される表示画面をさらに備える、請求項１に記載の血管位置特定システム。
【請求項１０】
前記画像処理モジュールは、前記差分画像に色を加えることによって、前記差分画像を強調するように構成される、請求項１に記載の血管位置特定システム。
【請求項１１】
制御デバイスであって、
対象の皮膚の領域が第１の光で照明されるときに前記領域の第１の画像を一時的に格納するように構成される第１のバッファと、
前記対象の前記皮膚の前記領域が第２の光で照明されるときに前記領域の第２の画像を一時的に格納するように構成される第２のバッファと、
前記第１の画像と前記第２の画像との間の差を計算して、差分画像を取得するように構成される画像減算モジュールと、
前記差分画像を強調して、強調画像を取得するように構成される画像強調モジュールと、
前記強調画像を前記第１の画像に重ね合わせて最終画像を取得するように構成される混合モジュールとを備え、
画像撮影デバイスが、交互に連続して前記第１の画像及び前記第２の画像を複数回撮影する、制御デバイス。
【請求項１２】
前記第１の光を放射する第１の光源を制御すると共に、前記第２の光を放射する第２の光源を制御するように構成される光源制御モジュールをさらに備える、請求項１１に記載の制御デバイス。
【請求項１３】
前記光源制御モジュールは、前記第１の光源及び前記第２の光源に交互の時間において光を放射させる、請求項１２に記載の制御デバイス。
【請求項１４】
前記画像撮影デバイスからの画像を前記第１のバッファ又は前記第２のバッファのいずれかに格納するように構成される画像分配モジュールをさらに備える、請求項１１に記載の制御デバイス。
【請求項１５】
前記第１のバッファから前記第１の画像を受信すると共に、前記画像減算モジュールによってさらに処理するために前記第１の画像を準備するように構成される第１のフィルタリングモジュールと、
前記第２のバッファから前記第２の画像を受信すると共に、前記画像減算モジュールによってさらに処理するために前記第２の画像を準備するように構成される第２のフィルタリングモジュールとをさらに備える、請求項１１に記載の制御デバイス。
【請求項１６】
前記混合モジュールはさらに、前記最終画像を表示画面に提供するように構成される、請求項１１に記載の制御デバイス。
【請求項１７】
前記第１の光は可視光スペクトル内の少なくとも１つの波長を含み、前記第２の光は近赤外光スペクトル内の少なくとも１つの波長を含む、請求項１１に記載の制御デバイス。
【請求項１８】
前記第１の光は約４７０ｎｍの波長を含み、前記第２の光は約８８０ｎｍの波長を含む、請求項１７に記載の制御デバイス。
【請求項１９】
可視光スペクトル内の第１の光によって照明される対象の皮膚の表面の一部の第１の画像を撮影し、
前記第１の画像をフィルタリングし、
近赤外光スペクトル内の第２の光によって照明される前記対象の皮膚の前記表面の前記部分の第２の画像を撮影し、
前記第２の画像をフィルタリングし、
差分画像を取得するために、フィルタリングされた前記第１の画像とフィルタリングされた前記第２の画像との間の差を計算し、
強調画像を取得するために、前記差分画像を強調し
最終画像を取得するために、前記強調画像を、フィルタリングされた前記第１の画像又はフィルタリングされた前記第２の画像のいずれかへ加算し、
前記第１の画像の撮影と前記第２の画像の撮影とを、交互に連続して複数回実行する、方法。
【請求項２０】
前記可視光スペクトルは、約３８０ｎｍ〜約７５０ｎｍの範囲に及ぶ、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１の光は約４７０ｎｍの波長を含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記第２の光は約８８０ｎｍの波長を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１の画像及び前記第２の画像のフィルタリングは、前記画像の少なくとも１つの第１の特徴を最適化すること、又は前記画像の少なくとも１つの第２の特徴を最小化することを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
前記差分画像の強調は、前記差分画像をカラーにすること、前記差分画像のコントラストを調整すること、及び／又は前記差分画像を減光することを含む、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は包括的には血管の位置を特定することに関する。より詳細には、本開示は、皮下の血管の位置を特定するために、皮膚の一部の表面を或る特定のタイプの光で照明することに関する。
【背景技術】
【０００２】
医療分野では、血液のサンプルを採取すること、静脈に挿入されたＩＶを通して薬剤を投与すること、カテーテルを挿入すること等のために、多くの場合に患者の血管にアクセスされる（accessed）。血管にアクセスするために、医療専門家は通常、普通光の下で単に患者の皮膚の表面を視診することによって、血管の位置を特定する。残念なことに、このようにして血管の中に針又は他の器具を適切に挿入するには、何度も試みることが必要とされる場合があり、それにより、患者に無用な不快感を引き起こすことがあり、場合によっては痛みを引き起こすこともある。
【０００３】
医療専門家が患者の皮下の血管の位置を特定するのを助けるために、いくつかの解決策が提案されてきた。静脈探索器と呼ばれる１つのデバイスは、画像処理技術を用いて静脈の位置を特定する。その際、デバイスは、静脈を表す画像を対象の皮膚の外側表面に投影する。しかしながら、このデバイスは非常に高額であり、かなりかさばる。別の解決策は、皮膚の表面に赤外光を放射することを含む。このデバイスの光は組織によって反射されるが、血管によって吸収される。このようにして皮膚を照明することによって、血管をさらに容易に検出することができる。これらの、そして他のデバイス及び解決策は、医療専門家がより正確に血管の位置を特定するのを助けてきたが、特にコスト及び可搬性に関して従来技術の短所を克服するために、この件についてさらに開発を行なうことができる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本開示は、対象の皮下に埋め込まれている血管の位置を特定するためのシステム及び方法を記述する。本明細書において記述される数多くの実施の形態の中でも、血管位置特定システムの一実施の形態は、画像撮影デバイス及び処理回路を含む。対象の皮膚の或る領域が第１の光によって照明されるときに、画像撮影デバイスは、その領域の第１の画像を撮影するように構成される。また、画像撮影デバイスは、皮膚のその領域が第２の光によって照明されるときに、その領域の第２の画像を撮影するように構成される。処理回路は、第１の画像と第２の画像との間の差を計算して、差分画像を取得するように構成される。処理回路はさらに、差分画像を強調して、対象の皮膚の表面下に位置する血管の強調画像を取得するように構成される。
【０００５】
本明細書において明示的には開示されない、本開示の他の特徴、利点及び実施態様は、以下の詳細な説明及び添付の図面を検討すれば、当業者には明らかになるであろう。本開示のそのように暗示される実施態様も本明細書に含まれることが意図されている。
【０００６】
下記図面内の構成要素は必ずしも縮尺通りに描かれていない。代わりに、本開示の一般原理を明確に示すことが重視されている。一貫性を確保し、かつ明確にするために、図面全体を通して、対応する構成要素を指示する参照記号が必要に応じて繰り返される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】一実施形態による血管位置特定デバイスを示す図である。
【図２】一実施形態による血管位置特定回路を示すブロック図である。
【図３】一実施形態による、図２に示される制御デバイスを示すブロック図である。
【図４】一実施形態による、血管の位置を特定する方法を示すフローチャートである。
【図５】一実施形態による、可視スペクトル内の光で照明される対象の皮膚の一部の画像である。
【図６】一実施形態による、近ＩＲスペクトル内の光で照明される対象の皮膚の一部の画像である。
【図７】一実施形態による、図５の画像と図６の画像との間の差を計算することによって処理される差分画像である。
【図８】一実施形態による、図７の差分画像を強調することによって処理された画像である。
【図９】一実施形態による、図８の強調画像を図５の画像と加算することによって処理された画像である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
人間及び動物の血液中では、ヘモグロビンが、肺から身体の他の部分まで酸素を運搬する。その後、酸素は、必要に応じて、血液から体内組織に放出され、酸素が枯渇した血液は肺に戻り、肺において血液は酸素を補給される。呼吸中に、酸素はヘムタンパク質と結合して、ヘモグロビンの酸素添加（oxygen-loaded）形であるオキシヘモグロビンを形成する。酸素が放出されるとき、デオキシヘモグロビンが生成される。
【０００９】
オキシヘモグロビンは、元来、光の波長に依存する特有の光吸収及び光反射特性を有する。デオキシヘモグロビンも、光の波長に関する自らの特有の光吸収及び光反射特性を有する。しかしながら、約８８０ｎｍの波長において光が放射されるときに、オキシヘモグロビン及びデオキシヘモグロビンの両方の光吸収及び反射特性は実質的に同じであることに留意されたい。この波長において、光は吸収を受けないが、血管の近くにある組織のような、他の体内組織からの透過又は反射のいずれかを受ける。いくつかの組織層を透過する光は、さらに深い組織によって反射される。８８０ｎｍにおける体内組織の反射特性は、可視スペクトル内の普通の光の下での体内組織の反射特性と実質的に同じである。
【００１０】
約８８０ｎｍの赤外光で皮膚を照明することによって、一般には組織は光を反射することになり、一方、オキシヘモグロビン又はデオキシヘモグロビンのいずれかを含む血管は光を吸収するので、血管の位置がより暗く見えるようになる。８８０ｎｍは赤外光範囲にあるので、人の目では見ることができない。しかしながら、電荷結合素子（ＣＣＤ）又は相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）撮像デバイスのような多くの画像センサは赤外光に反応する。したがって、赤外光で皮膚を照明する手順を用いて、血管を周囲の組織に対して視覚的に目立つようにすることができる。
【００１１】
本開示において検討されるように、赤外光が皮膚に放射され、皮膚の画像が撮影される。赤外光の下で撮影されたこの画像は、血管と周囲の組織とをわずかに区別する。コントラスト強調、輝度平準化及びエッジ鮮明化のような画像処理技術を用いて、後続の処理のためにこの画像を最適化することができる。血管と組織との間の違いをさらに強調するために、可視光スペクトル内の光を用いて、第２の画像が撮影される。この可視光は、たとえば、青色−緑色領域内にある場合があり、約４７０ｎｍの波長を有することができる。可視スペクトル内の光、特に青みを帯びた光は、組織及び血管によって反射される傾向があり、この光の下で撮影される画像内の血管の可視性は大きく低減される。平滑化又はぼかし等によって、可視光の下でさらにはっきりと見える場合がある皮膚表面の特徴を除去することにより、この第２の画像も後続の処理のために最適化することができる。
【００１２】
用語「可視光」、「可視スペクトル」等が本開示全体を通して用いられるが、これらの光のタイプ又は周波数範囲は、実際には、赤外光スペクトルとは異なる任意の適切な波長又は範囲を含む場合があり、人が見ることができる光を必要とするとは限らないことに留意されたい。しかしながら、簡単にするために、かつ一貫性を確保するために、用語「可視光」、「可視スペクトル」等が本明細書において用いられる。
【００１３】
２つの画像を用いて、本開示の画像処理デバイスは、一方の画像から他方の画像を減算して、差分画像を求め、その差分画像は、血管の位置を際立たせて、皮膚及び組織の画像を実質的に除去する傾向がある。その後、この差分画像を強調して、画像をさらに区別しやすくする。たとえば、１つの強調技術は、差分画像をカラーにすることを含む場合がある。差分画像を強調した後に、強調された画像が、普通光又は可視光の下で撮影された元の画像に加算される。それゆえ、結果の画像は、血管の位置をさらに顕著に表したものである。血管の位置がわかると、医療専門家は、血液の採取、ＩＶの挿入、カテーテルの挿入等のために、血管にさらに良好にアクセスすることができる。
【００１４】
図１は、血管位置特定デバイス１０の一実施形態を示す図である。この実施形態において、血管位置特定デバイス１０は、その中にある電気回路（図１には示されない）を支持するハウジング１２を含む。ハウジング１２の一部は、ユーザが手で血管位置特定デバイス１０を把持できるようにするハンドル１４を含む。この意味で、血管位置特定デバイス１０は容易に持ち運ぶことができ、かつ操作するのが容易である。
【００１５】
血管位置特定デバイス１０は開口端エンクロージャ１６も含み、この実施態様では、開口端エンクロージャ１６は、円筒管を形成する円形断面を含む。他の実施形態では、エンクロージャ１６は、任意の適切な形状又は断面を有する場合があり、ハンドル１４に対して他の位置及び向きに配置される場合がある。図１には示されないが、エンクロージャ１６は光源を含み、光源はエンクロージャ１６の内面に沿って支持されることができる。エンクロージャ１６内にある少なくとも第１の組の光源は、人の目で一般に見ることができるスペクトル内の光のような、赤外光よりも短い波長を有する光を放射することができる。第２の組の光源は、近赤外（近ＩＲ）スペクトル内の光を放射することができ、それは７００ｎｍ〜１．４μｍの波長範囲を含む。エンクロージャ１６は、明るいスポットを除去して皮膚上に実質的に均一な照明パターンを生成するために、光源からの光を拡散するように構成される１つ又は複数の拡散機構を含む場合がある。
【００１６】
エンクロージャ１６内には、たとえば、カメラ、１つ又は複数のＣＣＤ又はＣＭＯＳデバイス、或いは画像を検出するのに適している他のデバイスのような、画像撮影デバイスも備えられる。エンクロージャ１６は、画像撮影デバイスから皮膚までの最小距離を保持して、画像撮影デバイスの焦点距離を調整するための役割を果たすことができる。また、エンクロージャ１６は、外部光源からの周囲光を低減するための役割も果たす。図１の実施形態に加えて、ハウジング１２及びエンクロージャ１６は、望み通りの任意の設計又は構成を含む場合がある。たとえば、血管位置特定デバイス１０は、ポケットスキャナ、ペン型検出デバイス等として構成されてもよい。
【００１７】
また、血管位置特定デバイス１０は、入力デバイス１８及び表示画面２０も備える。この実施形態では、入力デバイス１８はトグルスイッチとして示されるが、他の実施形態では、入力デバイス１８は、他の適切なタイプのデータ入力又は選択デバイスを含む場合もある。使用時に、入力デバイス１８は、ユーザが、光源から放射される光の波長に関する情報を入力できるようにするための役割を果たすことができる。図１に示される４つのスイッチは、たとえば、白色光を選択するためのスイッチ、青色光を選択するためのスイッチ、赤色光を選択するためのスイッチ、及び赤外光を選択するための別のスイッチを含む場合がある。また、入力デバイス１８は、必要に応じて、他の情報及び／又は選択を可能にしてもよい。表示画面２０は、後にさらに詳細に説明されるように、血管の位置を表す最終画像を表示するように構成される。表示画面２０上に示される画像はリアルタイムに、又は適度に短い時間だけ遅れて提示される。画像は、毎秒約３０フレームで、又は任意の他の適切な速度で処理及び表示することができる。
【００１８】
動作時に、血管位置特定デバイス１０は、埋め込まれた血管が位置する対象の皮膚の部分の近くに置かれる。詳細には、対象は、臨床又は医療の現場における人間の患者とすることができる。他の実施形態では、対象は、獣医の看護下にある動物又はペットとすることができる。獣医の現場で適切に動作させるために、血管位置特定デバイス１０に、必要に応じて変更を加えることもできる。血管位置特定デバイス１０は、エンクロージャ１６の開口端が、観測されることになる対象の皮膚の部分に向けられるように保持される。血管位置特定デバイス１０が皮膚から短い距離をおいて配置されている間に、ユーザが皮膚にアクセスすることができるように、小型のスタンドが血管位置特定デバイス１０とともに用いられる場合、又は血管位置特定デバイス１０に備え付けられる場合がある。入力デバイス１８に関連付けられるような、ユーザの設定及び入力に応じて、血管位置特定デバイス１０は、可視スペクトル内の第１の光を放射し、第１の光で照明されるときの皮膚の第１の画像を撮影する。また、血管位置特定デバイス１０は、近ＩＲスペクトル内の第２の光を放射し、第２の光で照明されるときの皮膚の第２の画像を撮影する。種々の光の照明の順序は逆にできることに留意されたい。
【００１９】
血管位置特定デバイス１０内の処理回路が、それらの画像を個々に処理し、その後、可視光に関連付けられる第１の画像と近ＩＲ光に関連付けられる第２の画像との間の差を計算することによって差分画像を求める。その後、たとえば、画像をカラーにすること、画像のコントラストを高めること、画像を減光すること、及び／又は他の適切な強調手順によって、この差分画像が強調される。その後、処理回路は、強調された画像を、可視光に関連付けられる第１の画像に重ね合わせて、最終画像を求める。その後、この最終画像は、表示画面２０上に表示される。血管位置特定デバイス１０の動作は、ステップの任意の順序を含むことができ、上記の順番とは異なってもよいことは理解されたい。たとえば、２つの異なる光の放射は逆の順序で行なうことができる。また、個々の処理、差の計算、減算、強調及び重ね合わせを伴う画像処理動作の順序は、個々の設計に応じて変更することができる。
【００２０】
図２は、血管位置特定回路２４の一実施形態を示すブロック図である。血管位置特定回路２４は、たとえば、図１の血管位置特定デバイス１０、或いは対象又は患者の皮膚２６の一部の下に埋め込まれる血管の位置を特定する他のデバイスに、関連付ける又は組み込むことができる。この実施形態では、血管位置特定回路２４は、可視光源２８と、近ＩＲ光源３０と、画像撮影デバイス３２と、制御デバイス３４と、入力デバイス３６と、出力デバイス３８と、電源４０とを備える。
【００２１】
可視光源２８は、対象の皮膚２６の一部を照明するための光を与えるようになっている。可視光源２８から放射される光は、人の目で見ることができる光波を含む波長スペクトル内に含まれる。たとえば、可視光スペクトルは、３８０ｎｍ〜７５０ｎｍの範囲の波長を含む場合がある。いくつかの実施形態において、可視光源２８は、狭い波長範囲内の光を放射することができる１つ又は複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む。いくつかのＬＥＤは、たとえば、青みを帯びた色の光を放射するための４７０ｎｍ、赤みを帯びた色の光を放射するための６６０ｎｍ等のような単一の波長を有するものとして分類することができる。他の実施形態では、可視光源２８は、広い周波数スペクトルを構成する白色光を与えることができる１つ又は複数の白熱電球を含む。可視光源２８は、可視スペクトル内の光を放射するのに適した任意の数及び１つ又は複数の任意のタイプのデバイスを含む場合がある。
【００２２】
近ＩＲ光源３０は、可視光源２６によって照明される対象の皮膚２６の実質的に同じ部分を照明するための光を与えるように構成される。近ＩＲ光源３０から放射される光は、近ＩＲ範囲内の光波を含む波長スペクトル内に含まれ、これは７００ｎｍ〜１．４μｍの赤外光を含む。詳細には、近ＩＲ光源３０は、近ＩＲ範囲内の狭い波長帯を有する光を放射することができる１つ又は複数のＬＥＤを用いて構成される場合がある。いくつかの実施形態において、近ＩＲ光源３０は、８８０ｎｍ赤外光を放射するように構成されるＬＥＤとすることができる。他の実施形態では、近ＩＲ光源３０は、近ＩＲ範囲内の広い周波数スペクトルを放射する１つ又は複数のデバイスを含む場合がある。
【００２３】
画像撮影デバイス３２は、２つの光源によって照明される皮膚２６の少なくとも１つのエリアを撮影できるような向きに配置される。画像撮影デバイス３２は、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、ＣＣＤのアレイ、ＣＭＯＳデバイス、又は皮膚２６の画像を撮影するのに適している他のデバイスを含む場合がある。さらに、画像撮影デバイス３２は、必要に応じて、１つ又は複数のレンズ、フィルタ等を含む場合がある。
【００２４】
制御デバイス３４は、可視光源２８が光を放射する時、及び近ＩＲ光源３０が光を放射する時を管理する。いくつかの実施形態において、制御デバイス３４は、可視光源２８及び近ＩＲ光源３０を交互にオンにすることができる。このようにして、皮膚２６は、第１の時間には可視光で、第２の時間には近ＩＲ光で、第３の時間には可視光で、以下、同様に照明される。制御デバイス３４はさらに、光放射時刻と画像撮影時刻とを同期させるために、第１の時間中、第２の時間中、第３の時間中等に皮膚２６の同じ部分の画像を撮影させるように画像撮影デバイス３２に指示するように構成される。光源が交互に動作する速度は、処理及び表示される毎秒のフレーム数に関連し、それは、制御デバイス３４の処理速度に、及び／又は光源がオフ状態から安定した又は予測可能な照明状態に達するのに要する時間に基づく場合がある。
【００２５】
画像撮影デバイス３２からの画像は制御デバイス３４に送信され、その後、制御デバイスは、血管の位置を特定するために画像を処理する。詳細には、制御デバイス３４は、２つの異なる画像を個々にフィルタリングして、さらに処理するための画像を準備する。制御デバイス３４は、２つの画像間の差を示す差分画像を求め、その後、その差分画像を強調する。強調された画像は、その後、出力デバイス３８上に表示するために、画像のうちの１つに重ね合わせられる。
【００２６】
制御デバイス３４は、汎用又は特殊用途プロセッサ或いはマイクロコントローラとすることができる。制御デバイス３４はメモリに関連付けられる場合があり、メモリは、情報、データ及び／又は命令を格納するための内部固定記憶媒体及び／又は取外し可能記憶媒体を含むことができる。メモリは、制御デバイス３４が本開示において検討されるような血管位置特定プログラム及び手順を実行できるようにする１つ又は複数のソフトウエアプログラムも格納することができる。
【００２７】
血管の位置を特定するための１つ又は複数のソフトウエアプログラムには、種々の論理命令又はコマンドが含まれる場合がある。制御デバイス３４によって実行される血管位置特定プログラムは、ハードウエア、ソフトウエア、ファームウエア、又はそれらの組み合わせにおいて実行することができる。ソフトウエア又はファームウエアにおいて実行されるときは、プログラムをメモリに格納し、制御デバイス３４によって実行することができる。血管位置特定プログラム又はソフトウエア、及び本明細書において記述される実行可能な論理命令を含む任意の他のプログラム又はソフトウエアコードは、任意の適切な処理デバイスによって実行するための任意の適切なコンピュータ可読媒体において具現することができる。コンピュータ可読媒体は、適度な長さの時間にわたってプログラム又はソフトウエアコードを格納することができる任意の物理媒体を含むことができる。血管位置特定プログラムは、ハードウエアにおいて実行されるとき、たとえば、個別論理回路、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブルゲートアレイ（ＰＧＡ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）等、又はそれらの任意の組み合わせを用いて実行することができる。
【００２８】
入力デバイス３６は、キー、キーパッド、カーソル制御デバイス、スイッチ、ボタン、タッチスクリーン検知機構等の任意の組み合わせを含む場合があり、及び／又はユーザがデータ、命令、情報等を入力できるような任意の他の適切な機構を含む場合がある。出力デバイス３８は、表示画面２０のような表示画面、インジケータライト、音声機構等の任意の組み合わせを含む場合があり、及び／又はユーザに情報を伝達するための任意の他の適切な機構を含む場合がある。入力デバイス３６及び／又は出力デバイス３８は、画像撮影デバイス３２と同じ物理デバイス上に存在する場合があるか、又は代替的には、所望により別々に存在する場合がある。電源４０は、任意の適切なタイプの１つ又は複数の電池、電池関連回路、充電式電池、レギュレータ、ＡＣアダプタ等を含む場合があり、及び／又は血管位置特定回路２４の構成要素に電力を供給するのに適した任意の他のデバイスを含む場合がある。
【００２９】
図３は、図２に示される制御デバイス３４の一実施形態を示すブロック図である。この実施形態では、制御デバイス３４は、光源制御モジュール４４、画像分配モジュール４６、可視光画像バッファ４８、近ＩＲ光画像バッファ５０、及び画像処理モジュール５２を含む。画像処理モジュール５２は、可視画像フィルタリングモジュール５４、近ＩＲ画像フィルタリングモジュール５６、画像減算モジュール５８、画像強調モジュール６０、及び混合モジュール６２を含む。制御デバイス３４の構成要素は、ソフトウエア及び／又はハードウエアにおいて具現される場合がある。
【００３０】
光源制御モジュール４４は、光源使用及び時刻についての情報、並びにタイミング又はクロッキング特性を調整するための他の入力に関するユーザ入力を受信するように構成される場合がある。所定の、又は調整済みのタイミング制御パターンに基づいて、光源制御モジュール４４は、第１の時間に光を放射するための命令として、可視光源２８に信号を送信する。また、光源制御モジュール４４は、第２の時間に光を放射するための命令として、近ＩＲ光源３０に別の信号を送信する。いくつかの実施形態において、第１及び第２の時間は同じにすることができるが、代替的な実施形態では、それらの時間は、所望により異なる場合がある。光源制御モジュール４４からのこれらの出力信号又は他の出力信号は、可視光源２８又は近ＩＲ光源３０によって照明されるときに対象の皮膚の一部の画像を撮影するための命令として、画像撮影デバイス３２にも送信される。光源制御モジュール４４は、光源及び画像撮影デバイス３２に信号を送信し、照明特性を画像撮影デバイス３２の画像撮影機能に合うように調整するか又は同期させる。こうして、２つの異なる光放射によって照明されるときに、対象の皮膚の画像を適切に求めることができる。
【００３１】
画像分配モジュール４６は、画像撮影デバイス３２によって撮影される画像を受信するように構成される。対象の皮膚が可視光で照明される時間中に画像が撮影されるとき、画像分配モジュール４６は、その画像を可視光画像バッファ４８に格納する。一方、対象の皮膚が近ＩＲ光で照明される時間中に画像が撮影されるとき、画像分配モジュール４６は、その画像を近ＩＲ光画像バッファ５０に格納する。バッファ４８及び５０は、一度に１つの画像を格納するように構成される場合がある。それゆえ、それぞれのバッファに格納されることになる新たな画像は、古い画像と入れ替わるか、又は古い画像を上書きする。他の実施形態では、バッファ４８及び５０は、２つ以上の画像を格納するように構成される場合がある。各バッファ４８及び５０内の少なくとも１つの画像を用いて、画像処理デバイス５２は、本明細書における画像処理の説明に従って処理するために、２つのバッファから最新の画像を検索することができる。
【００３２】
画像処理モジュール５２は、可視光画像バッファ４８から画像を受信する可視画像フィルタリングモジュール５４を含む。可視画像フィルタリングモジュール５４は、任意の適切なフィルタリング又は処理技術を用いて可視画像をフィルタリングし、さらに処理するための可視画像を準備する。可視画像を処理して、他の光の下では目立たない場合がある対象の皮膚の特徴を、より明確に示すことができる。フィルタリングは、毛、染み、皮膚の色の変化等の皮膚の或る特徴、すなわち、血管の位置を特定するのを助けるように処理する上で必ずしも必要とされない画像が目に付かないようにする平滑化効果を含む場合がある。
【００３３】
近ＩＲフィルタリングモジュール５６は、近ＩＲ光画像バッファ５０から画像を受信し、その画像を任意の適切なフィルタリング又は処理技術を用いてフィルタリングし、さらに処理するための近ＩＲ画像を準備する。この関連でのフィルタリングは、コントラストを強調すること、輝度レベルを変更すること、画像のエッジを鮮明化すること等を含む場合がある。近ＩＲ画像を処理して、他の光の下では明らかにならない場合がある特徴をより明確に示し、かつ／又は血管の位置を特定するのを助けるように処理する上で必ずしも必要とされない或る特定の特徴が目に付かないようにすることができる。
【００３４】
画像減算モジュール５８は、可視画像フィルタリングモジュール５４から第１の画像に関連する画像データを受信し、同時に、近ＩＲ画像フィルタリングモジュール５６から第２の画像に関連する画像データを受信する。その後、画像減算モジュール５８は、ほぼ同時に撮影された２つの画像間の差を計算する。各画像は２つの異なる光源のうちの一方による照明を表す。２つの画像間の差は、たとえば、近ＩＲ光画像のピクセル値から可視光画像のピクセル値を減算することによって計算することができる。他の実施形態では、画像減算モジュール５８は、可視光画像から近ＩＲ光画像を減算することもできる。２つの画像間の差によって計算される結果として生成される画像は、本明細書において差分画像と呼ばれる。
【００３５】
画像強調モジュール６０は、画像減算モジュール５８から差分画像を受信し、差分画像を強調する。この関連での強調は、２つの元の画像間の差をさらに明確に区別するのに適している任意の処理アルゴリズム又は手順を含む場合がある。たとえば、画像強調モジュール６０は、差分画像に、さらに明るい色又はさらに目立つ色のような色を追加するカラー化手順を含む場合がある。強調の他の例は、画像のコントラスト又は輝度を調整することを含む場合がある。差分画像を強調するために、これらの手順及び他の手順が実行される場合がある。強調された画像は、その後、混合モジュール６２に送られる。混合モジュール６２は、強調された画像を、可視光画像バッファ４８からの可視光画像と合成する。混合モジュール６２は、一方の画像を他方の画像に重ね合わせること、混合アルゴリズムを用いること、又は任意の他の適切な画像合成手順を用いることによって、画像を合成する。混合モジュール６２は、その出力において、たとえば、表示画面２０のような出力デバイスに最終画像を与えることができる。
【００３６】
図４は血管の位置を特定するための方法の一実施形態を示すフローチャートである。この実施形態において示されるブロック７０において示されるように、対象又は患者の皮膚の第１の画像を撮影する。画像は、可視光スペクトル内の少なくとも１つの波長を有する光で皮膚が照明されるときに撮影される。ブロック７２において、対象の皮膚の第２の画像を撮影する。この場合に撮影される画像は、近ＩＲスペクトル内の光放射で皮膚が照明されるという条件に関連付けられる。ブロック７０及び７２の画像撮影手順は、必要に応じて画像を格納する手順にさらに関連付けられる場合がある。いくつかの実施形態において、近ＩＲ光で照明された現在の画像が既に格納されているときに、撮影されることになる次の画像が可視光で照明される画像とすることができるように、ブロック７０及び７２は入れ替えられる場合がある。
【００３７】
ブロック７０及び７２に関して先に記述されたように、皮膚の２つの画像を撮影及び／又は格納した後に、フローチャートはブロック７４に進む。ブロック７４において示されるように、第１の画像及び第２の画像をそれぞれ、個々にフィルタリングする。フィルタリングは、画像の或る特徴を強調又は低減するのに適している１つ又は複数の任意の手順を含む場合がある。個々にフィルタリングした後に、ブロック７６において示されるように、可視光照明に関連付けられる第１の画像と、近ＩＲ光照明に関連付けられる第２の画像との間の差を計算する。この減算過程は、差分画像を求めるために実行される。ブロック７８において、任意の適切な強調技術を用いて、差分画像を強調する。ブロック８０において、強調画像を可視光照明に関連付けられる第１の画像と加算又は混合し、血管の位置の強調された図を示す最終画像を得る。
【００３８】
本明細書において記述されるステップ、過程又は演算は、ソフトウエア又はファームウエアにおいて実行することができる任意のモジュール又はコードシーケンスを表す場合があることは理解されたい。この点について、これらのモジュール及びコードシーケンスは、物理的な構成要素内で特定の論理ステップ、過程又は演算を実行するためのコマンド又は命令を含むことができる。当業者であれば理解するように、本明細書において記述されるステップ、過程及び／又は演算は、実質的に同時に、又は明示されるのとは異なる順序において実行される場合があることをさらに理解されたい。
【００３９】
図５〜図８は、対象の皮膚の一部の撮影された画像の例を示す。詳細には、図５は、可視光スペクトル内の光放射で照明されるときの対象の皮膚の画像を示す。図６は、近ＩＲ光スペクトル内の光放射で照明されるときの対象の皮膚の画像を示す。これら２つの撮影された画像から、画像処理技術を用いて画像を強調し、ユーザが見るためにその画像を表示することができる。図７は、図５の画像と図６の画像との間の差から計算される差分画像を示す。いくつかの実施形態において、可視光画像のような一方の画像が、近ＩＲ光画像のような他方の画像から減算される。図７の差分画像を強調して、周囲の組織から血管をさらに明確に区別する。強調された画像が図８に示される。図９は、強調された差分画像が可視光画像に加算されて戻されるときの最終画像を示す。この最終画像は、皮下に埋め込まれている血管の位置を明確に示すために表示画面上に表示することができる。本明細書において記述されるシステム及びデバイスを利用することによって、医療専門家が患者の血管の位置をさらに明確に見ることができ、それにより、針で探る（needle probing）作業が失敗する回数を少なくすることができる。
【００４０】
本明細書において記述される実施形態は単に例示的な実施態様を表しており、本開示を任意の具体例に必ずしも限定することは意図していない。代わりに、これらの実施形態に対して種々の変更を加えることができることは当業者であれば理解されよう。任意のそのような変更は、本開示の精神及び範囲内に含まれ、添付の特許請求の範囲によって保護されることが意図される。
【図１】
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【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】
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