(57)【要約】  流体速度を測定する前提としてスペックルパターンのコントラストを簡便かつ効率的に取得することのできる技術を提供する。  本技術では、コヒーレント光が照射された撮像対象から得られる散乱光を、撮像素子を用いて複数回撮像することにより得られた複数枚のスペックル画像の輝度を積算する輝度積算部と、前記輝度積算部で積算したスペックル積算画像に基づいて、スペックルパターンのコントラストを算出するコントラスト算出部を備える、情報処理装置を提供する。
2017094380.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コヒーレント光が照射された撮像対象から得られる散乱光を、撮像素子を用いて複数回撮像することにより得られた複数枚のスペックル画像の輝度を積算する輝度積算部と、
前記輝度積算部で積算したスペックル積算画像に基づいて、スペックルパターンのコントラストを算出するコントラスト算出部と、を備える情報処理装置。
【請求項２】
前記複数枚のスペックル画像の露光時間を積算した積算露光時間と、前記コントラスト算出部で算出したスペックルパターンのコントラストとに基づいて、前記撮像対象の流体速度を算出する流体速度算出部を更に備える請求項１に記載の情報処理装置。
【請求項３】
前記複数枚のスペックル画像は、１０ｍｓ以下の露光時間で撮像された画像である請求項１に記載の情報処理装置。
【請求項４】
前記コントラスト算出部は、前記スペックル積算画像の局所的な画像領域における輝度の分散値及び平均値を求め、求めた輝度の分散値及び平均値に基づいて、スペックルパターンのコントラストを算出する請求項１に記載の情報処理装置。
【請求項５】
前記コントラスト算出部は、前記求めた輝度の分散値の平方根をとることで輝度の標準偏差を算出し、スペックルパターンのコントラスト、輝度の標準偏差、及び、輝度の平均値の関係を示す式（１）に前記求めた輝度の標準偏差及び平均値を代入することによって、スペックルパターンのコントラストを算出する請求項４に記載の情報処理装置。
【数１】
2017094380.tif 000009
ただし、Ｋはスペックルパターンのコントラスト、σは輝度Ｉの標準偏差、＜Ｉ＞は輝度Ｉの平均値である。
【請求項６】
前記流体速度算出部は、前記積算露光時間と前記スペックルパターンのコントラストに基づいて相関時間を求め、求めた相関時間と、予め定められた相関時間とを比較することによって、前記流体速度を算出する請求項２に記載の情報処理装置。
【請求項７】
前記流体速度算出部は、露光時間、スペックルパターンのコントラスト、及び、相関時間の関係を示す式（２）に前記積算露光時間と前記スペックルパターンのコントラストとを代入することによって、相関時間を求める請求項６に記載の情報処理装置。
【数２】
2017094380.tif 000010
【請求項８】
前記流体速度算出部は、露光時間、スペックルパターンのコントラスト、及び、相関時間の関係を示す式（３）に前記積算露光時間と前記スペックルパターンのコントラストとを代入することによって、相関時間を求める請求項６に記載の情報処理装置。
【数３】
2017094380.tif 000011
【請求項９】
表示部に画像を表示させる表示制御部を更に備える請求項２に記載の情報処理装置。
【請求項１０】
前記表示制御部は、前記流体速度算出部で算出された流体速度をマッピングし、流体速度の分布を前記表示部に更に表示させる請求項９に記載の情報処理装置。
【請求項１１】
前記流体速度は、血管内における血流速度である請求項２に記載の情報処理装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の情報処理装置と、
撮像対象にコヒーレント光を照射する光源と、
コヒーレント光が照射された撮像対象から得られる散乱光を、撮像素子を用いて複数回撮像して前記複数枚のスペックル画像を出力する撮像装置と、
画像を表示する表示装置と、を備えるスペックルイメージングシステム。
【請求項１３】
前記表示装置は、前記流体速度算出部で算出された流体速度をマッピングし、流体速度の分布を更に表示する請求項１２に記載のスペックルイメージングシステム。
【請求項１４】
コヒーレント光が照射された撮像対象から得られる散乱光を、撮像素子を用いて複数回撮像することにより得られた複数枚のスペックル画像の輝度を積算する輝度積算ステップと、
前記輝度積算ステップで積算したスペックル積算画像に基づいて、スペックルパターンのコントラストを算出するコントラスト算出ステップと、を少なくとも行う、情報処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、情報処理装置、スペックルイメージングシステム、及び情報処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スペックル血流イメージによって流速を表示する方法としてMulti-Exposure Speckle Imaging法などが提案されている（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】“Ashwin B. Patharathyet al.,Robust flow measurement with multi-exposure speckle imaging”,Optics Express (2008)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非特許文献１に開示された技術では、流速を測定する前提としてスペックルのコントラストを取得する際に、様々な露光時間による撮影が必要であり、それに応じたレーザー強度のコヒーレントな光源による照明が必要である。露光時間を変化させる場合、照射するレーザーの強度を調節する必要があり、照射するレーザー光強度を露光時間に対応させて調節することは容易ではない。【０００５】
イメージャーの露光時間のダイナミックレンジは、レーザーの強度のダイナミックレンジより広く設定可能である。仮に、強力なレーザーを用いて、ＮＤフィルターなどを用いて照射強度を制御することが行われているが、レーザー光の一部しか使わない構成になるため効率的とはいえない。【０００６】
本開示はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、流体速度を測定する前提としてスペックルパターンのコントラストを簡便かつ効率的に取得することのできる情報処理装置、スペックルイメージングシステム、及び情報処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願発明者は、前記の目的を解決するために鋭意研究を行った結果、撮像素子を用いて複数回撮像することにより得られた複数枚のスペックル画像の輝度を積算することに着目し、本開示を完成させるに至った。【０００８】
即ち、本開示では、まず、コヒーレント光が照射された撮像対象から得られる散乱光を、撮像素子を用いて複数回撮像することにより得られた複数枚のスペックル画像の輝度を積算する輝度積算部と、
前記輝度積算部で積算したスペックル積算画像に基づいて、スペックルパターンのコントラストを算出するコントラスト算出部とを備える、情報処理装置を提供する。【０００９】
本開示では、次に、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の情報処理装置と、
撮像対象にコヒーレント光を照射する光源と、
コヒーレント光が照射された撮像対象から得られる散乱光を、撮像素子を用いて複数回撮像して前記複数枚のスペックル画像を出力する撮像装置と、
画像を表示する表示装置と、を備えるスペックルイメージングシステムを提供する。【００１０】
本開示では、次に、コヒーレント光が照射された撮像対象から得られる散乱光を、撮像素子を用いて複数回撮像することにより得られた複数枚のスペックル画像の輝度を積算する輝度積算ステップと、
前記輝度積算ステップで積算したスペックル積算画像に基づいて、スペックルパターンのコントラストを算出するコントラスト算出ステップと、を少なくとも行う、情報処理方法を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本開示によれば、流体速度を測定する前提としてスペックルパターンのコントラストを簡便かつ効率的に取得することができる。
なお、ここに記載された効果は、必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本開示の第１実施形態に係る情報処理装置１を模式的に示した模式概念図である。
【図２】露光時間とスペックルコントラストと流速の関係を示すグラフである。
【図３】本開示に係る情報処理装置１を用いて行う演算の一例を示すフローチャートである。
【図４】（Ａ）本開示の第２実施形態に係るスペックルイメージングシステム１０の配線例を示すブロック図である。（Ｂ）本開示の第２実施形態に係るスペックルイメージングシステム１０の内部構成を示すブロック図である。
【図５】スペックルコントラストの算出概念を示した図面代用写真である。
【図６】本開示の第２実施形態に係るスペックルイメージングシステム１０を用いて行うスペックルイメージングの第１フロー例を示すフローチャートである。
【図７】本開示の第２実施形態に係るスペックルイメージングシステム１０を用いて行うスペックルイメージングの第２フロー例を示すフローチャートである。
【図８】本開示の第１実施形態に係る情報処理装置１のハードウェア構成を示した説明図である。
【図９】血流速度をマッピングしたマップ図を示す図面代用写真である。
【図１０】露光時間５００ｕｓで撮像した画像とその積算回数の関係を示す図面代用写真である。
【図１１】露光時間５００ｕｓで撮像した画像とその積算回数の関係を示す図面代用写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本開示を実施するための好適な形態について、図面を参照しながら説明する。以下に説明する実施形態は、本開示の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本開示の範囲が狭く解釈されることはない。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１実施形態（情報処理装置１）
（１）輝度積算部１１
（２）コントラスト算出部１２
（３）流体速度算出部１３
（４）表示制御部
（５）演算のフロー例
２．第２実施形態（スペックルイメージングシステム１０）
（１）光源１４
（２）撮像装置１５
（３）表示装置１６
（４）記憶装置１７
（５）撮像対象Ｏ
（６）スペックルイメージングの第１フロー例
（７）スペックルイメージングの第２フロー例
３．第３実施形態（情報処理方法）
４．ハードウェア構成
【００１４】
＜１．第１実施形態（情報処理装置１）＞
図１は、本開示の第１実施形態に係る情報処理装置１を模式的に示す模式概念図である。本開示に係る情報処理装置１は、大別して、輝度積算部１１、コントラスト算出部１２、及び流体速度算出部１３を備える。必要に応じて、表示制御部などを更に備えることも可能である。以下、各部について詳細に説明する。
【００１５】
（１）輝度積算部１１
輝度積算部１１は、コヒーレント光が照射された撮像対象から得られる散乱光を、撮像素子を用いて複数回撮像することにより得られた複数枚のスペックル画像の輝度を積算する。
【００１６】
（２）コントラスト算出部１２
コントラスト算出部１２は、前記輝度積算部１１で積算したスペックル積算画像に基づいて、スペックルパターンのコントラストを算出する。本開示では、非侵襲、非接触で血流を測定する前提としてスペックルパターンのコントラストが算出される。血液のような散乱体が移動する部分では、スペックルが変化してしまい、輝度の濃淡は低下する。この濃淡の低下具合の指標の一つとしてスペックルパターンのコントラストがある。スペックルパターンのコントラストＫは、輝度値をＩとすると、以下の式で定義される。
【数１】
2017094380.tif 000003
【００１７】
ここでは、濃淡の低下具合の指標として、スペックルコントラストを挙げたが、この指標はスペックルコントラストに限定するものではない。
【００１８】
スペックルコントラストＫは、相関時間τcと露光時間Tに依存する。従来、流速を測定する方法として、Multi Exposure Speckle Contrastなどが提案されている（図２参照）。図２は、露光時間とスペックルコントラストと流速の関係を示すグラフである。図２に示されるように、従来の方法（Multi-exposure speckle imaging法）では、露光時間を変えて様々な値に振って測定する必要があった。
【００１９】
相関時間τcは、流速や粘性と相関がある物理量であり、流速が速いと小さい値になり、流速が遅いと大きい値になる。上述のように、従来のMulti-exposure speckle imaging法において、スペックルコントラストから流速を求めるには、露光時間を変えて様々な値に振って測定する必要があった。これに対し、本開示では、従来のMulti-exposure speckle imaging法より少ない露光時間のパターンによって流速を算出できるようにした。
【００２０】
本開示に係るコントラスト算出部１２は、スペックル積算画像の局所的な画像領域における輝度の分散値及び平均値を求め、求めた輝度の分散値及び平均値に基づいて、スペックルコントラストを算出する。コントラスト算出部１２は、前記求めた輝度の分散値の平方根をとることで輝度の標準偏差を算出し、上記の式（１）に前記求めた輝度の標準偏差及び平均値を代入することによって、スペックルコントラストを算出する。
【００２１】
（３）流体速度算出部１３
流体速度算出部１３は、前記複数枚のスペックル画像の露光時間を積算した積算露光時間と、前記コントラスト算出部１２で算出したスペックルパターンのコントラストとに基づいて、前記撮像対象の流体速度を算出する。前記流体速度は、例えば、血管内における血流速度である。前記複数枚のスペックル画像は、１０ｍｓ以下の露光時間で撮像された画像である。
【００２２】
露光時間の上限値を１０ｍｓに設定するメリットについては、血流の場合、露光時間１５ｍｓ程度で撮影すると、１ｍｍ／ｓｅｃ程度でスペックルコントラスト（スペックルの分散)が小さくなる。そのため、スペックルコントラストを積算しても値は変わらない。測定したい血流程度の流速では、露光時間１０ｍｓの場合、既にスペックルの分散が下がっているため、積算のメリットが出にくくなるからである。
【００２３】
図２のグラフより１０−３ｓｅｃ,１０−４ｓｅｃの場合、それぞれの流速のスペックルバリアンスの値が十分下がりきっていないので、スペックルコントラストを積算することの効果が現れる。一方、１０−２ｓｅｃよりも大きい値になると、スペックルバリアンスの値が下がりきっていて、積算する効果が得られない。そのため、露光時間を１０−３ｓｅｃ以下,や、１０−４ｓｅｃ程度に設定されることが好ましい。
【００２４】
上述のように、流体速度算出部１３は、積算露光時間を用いて血流速度を算出する。一般に、露光時間の長さに依存して血流の流速感度は異なる。露光中に血液が移動していないように見えるほど短い露光時間で撮像したスペックル画像を平均した画像から、その領域の血流速度を求めることができる。たとえば、２枚、…、１０枚、…、１００枚、…、１０００枚、…の平均画像からは、その露光時間の２倍、…、１０倍、…、１００倍、…、１０００倍、…で撮像したのとほぼ等価の画像が得られる。
【００２５】
流体速度算出部１３は、得られた画像の局所的なスペックルパターンのコントラストＫと、積算露光時間Ｔとを下記の式（２）に代入することによって、相関時間τcを求める。
【数２】
2017094380.tif 000004
【００２６】
流体速度算出部１３は、前記積算露光時間と前記スペックルコントラストに基づいて相関時間を求め、求めた相関時間と、予め定められた相関時間とを比較することによって、血流速度を算出する。なお、予め定められた相関時間とは、検量線から得られた相関時間や、予め取得しておいた相関時間である。なお、相関時間を予め測定していない場合は、プロットで得られた相関時間を直接比較することで相対的な流速を求めることができる。
【００２７】
上記式（２）以外にも、露光時間、スペックルコントラスト、及び、相関時間の関係を示す下記の式（３）を用いることができる。式（３）のβは、既知の流速の血流をプロットした際に決定した値を用いることができる。
【数３】
2017094380.tif 000005
【００２８】
（４）表示制御部
表示制御部は、表示部に画像を表示させる。表示制御部は、前記流体速度算出部１３で算出された流体速度をマッピングし、流体速度の分布を前記表示部に更に表示させることも可能である。
【００２９】
（５）演算のフロー例
図３は、本開示に係る情報処理装置１を用いて行う演算の一例を示すフローチャートである。以下、時系列に沿って、フロー例を説明する。
【００３０】
（ａ）輝度の積算
まず、ステップＳＴ１０１において、輝度積算部１１は、複数枚のスペックル画像の輝度を積算する。
【００３１】
（ｂ）スペックルパターンのコントラストの算出
次に、ステップＳＴ１０２において、コントラスト算出部１２は、輝度積算部１１で積算したスペックル積算画像に基づいて、スペックルパターンのコントラストＫを算出する。
【００３２】
（ｃ）相関時間の算出
続いて、流体速度算出部１３は、積算露光時間Ｔと、スペックルパターンのコントラストＫとに基づいて、撮像対象の流体速度を算出する。ステップＳＴ１０３において、流体速度算出部１３は、積算露光時間ＴとコントラストＫとに基づいて、相関時間τcを算出する。具体的には、積算露光時間ＴとコントラストＫとを上記の式（２）に代入し、相関時間τcを算出する。
【００３３】
（ｄ）流体速度の算出
そして、ステップＳＴ１０４において、流体速度算出部１３は、算出した相関時間τcと、予め定められた相関時間τcとを比較することによって、流体速度を算出する。
【００３４】
＜２．第２実施形態（スペックルイメージングシステム１０）＞
図４（Ａ）は、本開示の第２実施形態に係るスペックルイメージングシステム１０の配線例を示すブロック図である。図４（Ｂ）は、本開示の第２実施形態に係るスペックルイメージングシステム１０の内部構成を示すブロック図である。なお、図４（Ａ）、（Ｂ）においては、前述した本開示に係る情報処理装置１の構成要素と同じものには、同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。本開示に係るスペックルイメージングシステム１０は、大別して、情報処理装置１、光源１４、撮像装置１５及び表示装置１６を備える。また、必要に応じて、記憶装置１７などを更に備えることも可能である。
【００３５】
（１）光源１４
光源１４は、撮像対象Ｏにコヒーレント光を照射する。コヒーレント光とは、光束内の任意の二点における光波の位相関係が時間的に不変で一定であり、任意の方法で光束を分割した後、大きな光路差を与えて再び重ね合わせても完全な干渉性を示す光をいう。
【００３６】
光源１４が照射するコヒーレント光の光源の種類は、本技術の効果を損なわない限り特に限定されない。一例としては、レーザー光等を挙げることができる。レーザー光を発する光源１４としては、例えば、アルゴンイオン（Ar）レーザー、ヘリウム−ネオン（He-Ne）レーザー、ダイ（dye）レーザー、クリプトン（Cr）レーザー、半導体レーザー、または、半導体レーザーと波長変換光学素子を組み合わせた固体レーザー等を、１種又は２種以上、自由に組み合わせて用いることができる。
【００３７】
（２）撮像装置１５
撮像装置１５は、コヒーレント光が照射された撮像対象Ｏから得られる散乱光を、撮像素子を用いて複数回撮像して前記複数枚のスペックル画像を出力する。
【００３８】
撮像装置１５が行う撮像方法は、本技術の効果が損なわれない限り特に限定されず、公知の撮像方法を１種又は２種以上選択して、自由に組み合わせて用いることができる。例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサー等の撮像素子を用いた撮像方法を挙げることができる。
【００３９】
本開示では、上記撮像装置１５の露光時間は１０ｍｓ以下に設定されるが、１ｍｓ以下に設定されることが好ましく、１００μｓ程度に設定されることがより好ましい。
【００４０】
具体的な方法として、本開示では、レーザーなどコヒーレントな光源を用いて被写体（生体など）を照明し、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子を用いて１０ｍｓ以下の短い露光時間で複数枚（２枚以上）の撮像が行われる。露光時間は、散乱体の動きによりスペックルコントラストが低下しないような露光時間を用いてもよい。この場合、複数枚の画像を平均化することで、露光時間を延長させる効果が得られる。露光時間の最適値が未知の場合、十分短くした露光時間で撮影すれば、後処理によって露光時間を調節することも可能である。例えば、一定の露光時間（１０ｍｓ）で撮影された画像の場合、２フレーム足し合わせることで２０ｍｓ相当の画像とし、３フレーム足し合わせることで３０ｍｓ相当の画像とすることができる（図５参照）。図５は、スペックルコントラストの算出概念を示した図面代用写真である。このように、一定の露光時間（１０ｍｓ）を２、３フレーム分だけ足し合わせる数学的な処理によって得られる積算露光時間（２０ｍｓ、３０ｍｓ）は、前記流体速度算出部１３における血流速度の算出に用いられる。
【００４１】
（３）表示装置１６
表示装置１６は、前記輝度積算部１１で積算したスペックル積算画像などの画像を表示する。また、この表示装置１６においては、前記流体速度算出部１３で算出された血流速度をマッピングし、血流速度の分布を更に表示することも可能である。
【００４２】
（４）記憶装置１７
記憶装置１７は、前記輝度積算部１１で積算したスペックル積算画像、前記コントラスト算出部１２によって算出されたスペックルコントラストＫなどを記憶する。また、この記憶装置１７においては、血流速度の分布を更に記憶することも可能である。
【００４３】
（５）撮像対象Ｏ
本開示に係るスペックルイメージングシステム１０は、様々なものを撮像対象とすることができるが、例えば、流体を含むものを撮像対象とするイメージングに、好適に用いることができる。より具体的には、撮像対象Ｏを生体とし、流体としては血液を挙げることができる。例えば、本開示に係るスペックルイメージングシステム１０を、手術用顕微鏡や手術用内視鏡などに適用すれば、血管の位置を確認しながら手術を行うことが可能である。そのため、より安全で高精度な手術を行うことができ、医療技術の更なる発展にも貢献することができる。
【００４４】
（６）スペックルイメージングの第１フロー例
図６は、本開示の第２実施形態に係るスペックルイメージングシステム１０を用いて行うスペックルイメージングの第１フロー例を示すフローチャートである。この第１フロー例では、予め測定しておいた相関時間τcと、流体速度算出部１３で求めた相関時間τcとを比較することにより血流速度が算出される。以下、時系列に沿って、第１フロー例を説明する。
【００４５】
（ａ）露光時間及びフレームレートの設定
まず、ステップＳＴ２０１では、撮像装置１５において、露光時間及びフレームレートが設定される。
【００４６】
（ｂ）積算枚数の決定
次に、ステップＳＴ２０２では、撮像装置１５において、ステップＳＴ２０１で設定された露光時間及びフレームレートに基づいて、輝度を積算すべき画像の積算枚数が決定される。
【００４７】
（ｃ）スペックル画像の撮像
次に、ステップＳＴ２０３において、撮像装置１５は、撮像素子を用いて、ステップＳＴ２０２で決定された積算枚数に相当する回数分を、撮像素子を用いて撮像して複数枚のスペックル画像を情報処理装置１に出力する。
【００４８】
（ｄ）スペックル画像の記憶
次に、ステップＳＴ２０４では、記憶装置１７において複数枚のスペックル画像が記録される。
【００４９】
（ｅ）スペックル画像の表示
次に、ステップＳＴ２０５では、表示装置１６において複数枚のスペックル画像が表示される。
【００５０】
なお、上記ステップＳＴ２０４、ＳＴ２０５は、いずれか一方のみが実施されてもよい。また、スペックル画像の記憶処理（ステップＳＴ２０４）は、スペックル画像の表示処理（ステップＳＴ２０５）の後に行われてもよい。なお、スペックル画像の記憶は、スペックル画像の解析を後に行うために行われる。また、スペックル画像の表示は、撮影したスペックル画像を確認するために行われる。
【００５１】
（ｆ）輝度の積算
次に、ステップＳＴ２０６において、情報処理装置１の輝度積算部１１は、複数枚のスペックル画像の輝度を積算する。
【００５２】
（ｇ）スペックルパターンのコントラストの算出
次に、ステップＳＴ２０７において、情報処理装置１のコントラスト算出部１２は、輝度積算部１１で積算したスペックル積算画像に基づいて、スペックルパターンのコントラストＫを算出する。なお、コントラストＫは、記憶装置１７に記憶されてもよい。
【００５３】
（ｈ）相関時間の算出
次に、情報処理装置１の流体速度算出部１３は、積算露光時間Ｔと、スペックルパターンのコントラストＫとに基づいて、撮像対象の流体速度を算出する。ステップＳＴ２０８において、流体速度算出部１３は、積算露光時間ＴとコントラストＫとに基づいて、相関時間τcを算出する。具体的には、積算露光時間ＴとコントラストＫとを上記の式（２）に代入し、相関時間τcを算出する。なお、相関時間τcは、記憶装置１７に記憶されてもよい。
【００５４】
（ｉ）流体速度の算出
次に、ステップＳＴ２０９において、流体速度算出部１３は、算出した相関時間τcと、予め定められた相関時間τcとを比較することによって、流体速度を算出する。なお、コントラストＫは、記憶装置１７に記憶されてもよく、表示装置１６に表示されてもよい。
【００５５】
（ｊ）流体速度の分布の記憶
次に、ステップＳＴ２１０では、記憶装置１７において、前記流体速度算出部１３で算出された流体速度をマッピングすることにより得られた流体速度の分布が記憶される。
【００５６】
そして、ステップＳＴ２１１では、表示装置１６において、マッピングすることにより得られた流体速度の分布が表示される。
【００５７】
（７）スペックルイメージングの第２フロー例
図７は、本開示の第２実施形態に係るスペックルイメージングシステム１０を用いて行うスペックルイメージングの第２フロー例を示すフローチャートである。この第２フロー例では、輝度の積算を行うべき目的の枚数に到達するまで、スペックル画像の撮像が反復して実行される。以下、時系列に沿って、第２フロー例を説明する。
【００５８】
（ａ）露光時間の設定
まず、ステップＳＴ３０１では、撮像装置１５において、露光時間が設定される。
【００５９】
（ｂ）積算枚数の決定
次に、ステップＳＴ３０２では、撮像装置１５において、ステップＳＴ３０１で設定された露光時間に基づいて、輝度を積算すべき画像の積算枚数が決定される。
【００６０】
（ｃ）スペックル画像の撮像
次に、ステップＳＴ３０３では、撮像装置１５は、撮像素子を用いて撮像してスペックル画像を情報処理装置１に出力する。
【００６１】
（ｄ）スペックル画像の記憶
次に、ステップＳＴ３０４では、記憶装置１７において複数枚のスペックル画像が記憶される。なお、記憶装置１７には、撮像回数（積算枚数）が記憶されてもよい。
【００６２】
（ｅ）スペックル画像の表示
次に、ステップＳＴ３０５では、表示装置１６においてスペックル画像が表示される。
【００６３】
なお、上記ステップＳＴ３０４、ＳＴ３０５は、いずれか一方のみが実施されてもよい。また、スペックル画像の記憶処理（ステップＳＴ３０４）は、スペックル画像の表示処理（ステップＳＴ３０５）の後に行われてもよい。なお、スペックル画像の記憶は、スペックル画像の解析を後に行うために行われる。また、スペックル画像の表示は、撮影したスペックル画像を確認するために行われる。
【００６４】
（ｆ）積算枚数のカウント
次に、ステップＳＴ３０６では、撮像装置１５において、撮像回数（積算枚数）のカウントが行われる。目的の撮像回数に到達していない場合は、ステップＳＴ３０３へ戻り、撮像が繰り返される。撮像回数が目的の回数に到達した場合は、ステップＳＴ３０７へ進む。
【００６５】
（ｇ）輝度の積算
次に、ステップＳＴ３０７において、情報処理装置１の輝度積算部１１は、複数枚のスペックル画像の輝度を積算する。
【００６６】
（ｈ）スペックルパターンのコントラストの算出
次に、ステップＳＴ３０８において、情報処理装置１のコントラスト算出部１２は、輝度積算部１１で積算したスペックル積算画像に基づいて、スペックルパターンのコントラストＫを算出する。なお、コントラストＫは、記憶装置１７に記憶されてもよい。
【００６７】
（ｉ）スペックル積算画像の記憶
次に、ステップＳＴ３０９では、記憶装置１７においてスペックル積算画像が記憶される。
【００６８】
（ｊ）スペックル積算画像の表示
そして、ステップＳＴ３１０では、表示装置１６においてスペックル積算画像が表示される。
【００６９】
なお、上記ステップＳＴ３０９、ＳＴ３１０は、いずれか一方のみが実施されてもよい。また、スペックル画像の記憶処理（ステップＳＴ３０９）は、スペックル画像の表示処理（ステップＳＴ３１０）の後に行われてもよい。
【００７０】
＜３．第３実施形態（情報処理方法）＞
本開示に係る情報処理方法は、大別して、輝度積算ステップ、及び、スペックルコントラスト算出ステップを少なくとも行う方法である。また、必要に応じて、流体速度算出ステップ、記憶ステップ及び表示ステップなどを更に行うことも可能である。なお、輝度積算ステップ、スペックルコントラスト算出ステップ、流体速度算出ステップ、表示ステップ及び記憶ステップは、前述した本開示に係るスペックルイメージングシステム１０の輝度積算部１１、コントラスト算出部１２、流体速度算出部１３、表示装置１６及び記憶装置１７が、それぞれ行う方法と同一であるため、ここでは説明を省略する。
【００７１】
＜４．ハードウェア構成＞
上述した第１実施形態に係る情報処理装置１の処理は、ソフトウェアと、以下に説明するハードウェアとの協働により実現される。
【００７２】
図８は、本開示の第１実施形態に係る情報処理装置１のハードウェア構成を示した説明図である。図８に示したように、情報処理装置１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０２と、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０３と、ブリッジ１０４と、バス１０５と、インターフェース１０６と、入力装置１０７と、出力装置１０８と、ストレージ装置１０９と、接続ポート１１０と、通信装置１１１とを備える。
【００７３】
ＣＰＵ１０１は、情報処理装置として機能し、各種プログラムと協働して情報処理装置１内の輝度積算部１１、コントラスト算出部１２及び流体速度算出部１３の動作を実現する。また、ＣＰＵ１０１は、マイクロプロセッサであってもよい。ＲＯＭ１０２は、ＣＰＵ１０１が使用するプログラムまたは演算パラメータ等を記憶する。ＲＡＭ１０３は、ＣＰＵ１０１の実行にいて使用するプログラムまたは実行において適宜変化するパラメータ等を一時記憶する。ＲＯＭ１０２およびＲＡＭ１０３により、情報処理装置１内のメモリの一部を実現する。ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２およびＲＡＭ１０３は、ＣＰＵバスなどから構成される内部バスにより相互に接続されている。
【００７４】
入力装置１０７は、タッチパネル、ボタン、マイクロフォン、スイッチおよびレバーなどユーザが情報を入力するための入力手段、およびユーザによる入力に基づいて入力信号を生成し、ＣＰＵ１０１に出力する入力制御回路などから構成されている。情報処理装置１のユーザは、入力装置１０７を操作することにより、情報処理装置１に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりすることができる。
【００７５】
出力装置１０８は、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）装置、ＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode）装置、ランプなどの装置への出力を行う。さらに、ユーザフレンドリーの観点から、出力装置１０８は、スピーカおよびヘッドフォンなどの音声出力を行ってもよい。
【００７６】
ストレージ装置１０９は、データ格納用の装置である。ユーザフレンドリーの観点から、ストレージ装置１０９は、記憶媒体、記憶媒体にデータを記録する記録装置、記憶媒体からデータを読み出す読出し装置および記憶媒体に記録されたデータを削除する削除装置等を含んでもよい。ストレージ装置１０９は、ＣＰＵ１０１が実行するプログラムや各種データを格納する。
【００７７】
接続ポート１１０は、例えば、情報処理装置１の外部の装置または周辺機器と接続するためのバスである。また、ユーザフレンドリーの観点から、接続ポート１１０は、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）であってもよい。
【００７８】
通信装置１１１は、例えば、ネットワークに接続するための通信デバイスで構成された通信インターフェースである。また、ユーザフレンドリーの観点から、通信装置１１１は、赤外線通信対応装置であっても、無線ＬＡＮ（Local Area Network）対応通信装置であっても、ＬＴＥ（Long Term Evolution）対応通信装置であっても、有線による通信を行うワイヤー通信装置であってもよい。
【００７９】
以上、上記第１〜第３実施形態では、流体速度を測定する前提としてスペックルパターンのコントラストを簡便かつ効率的に取得することができる。
【００８０】
また、上記第１〜第３実施形態では、コヒーレントな光源の強度を変えることなく（一定の強度）で照明し、一定の露光時間で撮影することが可能である。これにより、血流速度を測定する際に、レーザーを減衰させるための外部制御を必要とせず、装置を簡略化することができ、コストや技術的な難易度を低減させることができる。
【００８１】
また、上記第１〜第３実施形態では、血流速度をマッピングした画像を取得することができる。従来、スペックルコントラストによって流速を表示する方法としてMulti-Exposure Speckle Imaging法などが提案されているが、この方法では、様々な露光時間による撮像が必要であり、それに応じた強度のコヒーレントな光源による照明が必要であった。露光時間の調節については容易であるが、コヒーレントな光源の照明強度を幅広く変えることは困難であった。上記第１〜第３実施形態では、従来のMulti-exposure speckle imaging法より少ない露光時間のパターンによって血流速度を算出できるようしたので、血流速度を測定する際に、従来のMulti-exposure speckle imaging法のようにコヒーレントな光源の照明強度を幅広く変える外部制御を必要とせず、装置を簡略化することができ、コストや技術的な難易度を低減させることができる。
【００８２】
散乱体の移動（流れ）をスペックルコントラストで観測する場合、ある程度、露光時間を長くする必要がある。例えばデジタルイメージャを用いる場合、散乱体が露光時間中に１画素（スペックルパターンが変わる程度）以上、移動する必要がある。従来手法では、この露光時間を測定対象物に最適な露光時間を設定しないと、スペックルコントラストを算出できなかった。本実施形態のように、後処理によって露光時間を調節できるが、後処理によって露光時間を短くすることは不可能である。後処理で最適な露光時間を設定するためには、短い露光時間を実現する必要がある。
【００８３】
また、上記第１〜第３実施形態では、スペックルコントラストを算出するために撮影後の露光時間の最適化をおこなうことが可能である。さらに、スペックル血流イメージでは描画できないような遅いあるいは止まった（但しブラウン運動はしている）などの流速についても描画が可能である（流速感度のダイナミックレンジを広げることができる）。
【００８４】
ここでの最適化とは、例えば、以下の用途（Ａ）〜（Ｃ）に最適な血流イメージングをすることをいう。つまり、（Ａ）血流が正常に流れている部分と、流れていない部分とを検出したり、（Ｂ）血管に狭窄（血流が流れていない箇所）が無くても何かが詰まっていて流れていない部分を検出したり、（Ｃ）狭窄のレベル評価を実現可能（ex.画像を何枚重ねたら狭窄を発見できるか等）を行うに当たり、血管の血流に応じて最適な血流イメージが得られる。
【００８５】
また、本開示は、以下のような構成をとることもできる。
（１）
コヒーレント光が照射された撮像対象から得られる散乱光を、撮像素子を用いて複数回撮像することにより得られた複数枚のスペックル画像の輝度を積算する輝度積算部と、
前記輝度積算部で積算したスペックル積算画像に基づいて、スペックルパターンのコントラストを算出するコントラスト算出部と、を備える情報処理装置。
（２）
前記複数枚のスペックル画像の露光時間を積算した積算露光時間と、前記コントラスト算出部で算出したスペックルパターンのコントラストとに基づいて、前記撮像対象の流体速度を算出する流体速度算出部を更に備える上記（１）に記載の情報処理装置。
（３）
前記複数枚のスペックル画像は、１０ｍｓ以下の露光時間で撮像された画像である上記（１）又は（２）に記載の情報処理装置。
（４）
前記コントラスト算出部は、前記スペックル積算画像の局所的な画像領域における輝度の分散値及び平均値を求め、求めた輝度の分散値及び平均値に基づいて、スペックルパターンのコントラストを算出する上記（１）から（３）のいずれかに記載の情報処理装置。
（５）
前記コントラスト算出部は、前記求めた輝度の分散値の平方根をとることで輝度の標準偏差を算出し、スペックルパターンのコントラスト、輝度の標準偏差、及び、輝度の平均値の関係を示す式（１）に前記求めた輝度の標準偏差及び平均値を代入することによって、スペックルパターンのコントラストを算出する上記（４）に記載の情報処理装置。
【数１】
2017094380.tif 000006
ただし、Ｋはスペックルパターンのコントラスト、σは輝度Ｉの標準偏差、＜Ｉ＞は輝度Ｉの平均値である。
（６）
前記流体速度算出部は、前記積算露光時間と前記スペックルパターンのコントラストに基づいて相関時間を求め、求めた相関時間と、予め定められた相関時間とを比較することによって、前記流体速度を算出する上記（２）に記載の情報処理装置。
（７）
前記流体速度算出部は、露光時間、スペックルパターンのコントラスト、及び、相関時間の関係を示す式（２）に前記積算露光時間と前記スペックルパターンのコントラストとを代入することによって、相関時間を求める上記（６）に記載の情報処理装置。
【数２】
2017094380.tif 000007
（８）
前記流体速度算出部は、露光時間、スペックルパターンのコントラスト、及び、相関時間の関係を示す式（３）に前記積算露光時間と前記スペックルパターンのコントラストとを代入することによって、相関時間を求める上記（６）に記載の情報処理装置。
【数３】
2017094380.tif 000008
（９）
表示部に画像を表示させる表示制御部を更に備える上記（２）に記載の情報処理装置。
（１０）
前記表示制御部は、前記流体速度算出部で算出された流体速度をマッピングし、流体速度の分布を前記表示部に更に表示させる上記（９）に記載の情報処理装置。
（１１）
前記流体速度は、血管内における血流速度である上記（２）に記載の情報処理装置。
（１２）
上記（１）乃至（１１）のいずれかに記載の情報処理装置と、
撮像対象にコヒーレント光を照射する光源と、
コヒーレント光が照射された撮像対象から得られる散乱光を、撮像素子を用いて複数回撮像して前記複数枚のスペックル画像を出力する撮像装置と、
画像を表示する表示装置と、を備えるスペックルイメージングシステム。
（１３）
前記表示装置は、前記流体速度算出部で算出された流体速度をマッピングし、流体速度の分布を更に表示する上記（１２）に記載のスペックルイメージングシステム。
（１４）
コヒーレント光が照射された撮像対象から得られる散乱光を、撮像素子を用いて複数回撮像することにより得られた複数枚のスペックル画像の輝度を積算する輝度積算ステップと、
前記輝度積算ステップで積算したスペックル積算画像に基づいて、スペックルパターンのコントラストを算出するコントラスト算出ステップと、を少なくとも行う、情報処理方法。
【００８６】
なお、本明細書に記載された効果はあくまでも例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。
【実験例】
【００８７】
以下、本開示の実験例により、本開示の効果について具体的に説明する。
【００８８】
＜第１実験例＞
第１実験例では、波長８２０ｎｍのコヒーレントなレーザー光源により均一に照明された生体を、ソニー製のグローバルシャッターのＣＭＯＳイメージャーを用いて、フレームレート１２０ｆｐｓ、露光時間１００ｕｓで撮像した。なお、輝度Ｉの取得はソニー製のグローバルシャッターのＣＭＯＳイメージャーによって実現される。１、１０、１００、１０００枚の時系列のスペックル画像を積算することにより、１００ｕｓ、１ｍｓ、１０ｍｓ、１００ｍｓの露光時間に相当するスペックル積算画像を求めた。それぞれのスペックル積算画像に基づき、上記式（１）を用い、局所的なスペックルコントラストＫを求めた。当該スペックルコントラストＫと、積算露光時間Ｔとでプロットし、上記式（２）でフィッティングを行い、相関時間τcを算出した。当該算出により得られた相関時間τcを、既知の流速によって算出した相関時間τcと比較することにより、局所的な部位の血流速度を求め、求めた血流速度をマッピングした（図９参照）。図９は、血流速度をマッピングしたマップ図を示す図面代用写真である。マップ図の色を見れば、血流が正常に流れている部分と、流れていない部分とを検出したり、血流速度を把握したりすることが可能である。
【００８９】
＜第２実験例＞
第２実験例では、波長８２０ｎｍのコヒーレントなレーザー光源により均一に照明された生体を模したファントムに血液を送液し、ソニー製のグローバルシャッターのＣＭＯＳイメージャーを用いて、フレームレート３０ｆｐｓ、露光時間５００ｕｓで撮像した。１枚（比較例）、２枚、・・・、１０枚の時系列のスペックル画像を積算することにより、５００ｕｓ（比較例）、１ｍｓ、・・・、５ｍｓの積算露光時間に相当する各スペックル積算画像を求めた（図１０参照）。そして、図１０に示す各スペックル積算画像の中から、血流速度の測定対象物に応じて最適なスペックル積算画像を選択することができた。
【００９０】
スペックルコントラストＫは、撮影対象のエリアごとの移動速度に依存する。第２実施例では、血流速度が１ｍｍ/ｓｅｃの場合、５００ｕｓ、１ｍｓ、５ｍｓの積算露光時間を得るに当たり、スペックルコントラストＫの値を、それぞれ、０．６、０．５、０．４程度に設定した。図１１は、５００ｕｓ、１ｍｓ、５ｍｓの積算露光時間に相当する各スペックル積算画像と、実際の露光時間１ｍｓ、５ｍｓで撮像した画像と、を示している。図１１に示されるように、１ｍｓ、５ｍｓの積算露光時間に相当する各スペックル積算画像は、実際の露光時間１ｍｓ、５ｍｓで撮像した画像とほぼ等価の画像が得られることが分かった。
【符号の説明】
【００９１】
１  情報処理装置
１０  スペックルイメージングシステム
１１  輝度積算部
１２  コントラスト算出部
１３  流体速度算出部
１４  光源
１５  撮像装置
１６  表示装置
１７  記憶装置
１０１  ＣＰＵ
１０２  ＲＯＭ
１０３  ＲＡＭ
１０４  ブリッジ
１０５  バス
１０６  インターフェース
１０７  入力装置
１０８  出力装置
１０９  ストレージ装置
１１０  接続ポート
１１１  通信装置
【図１】
2017094380.tif 000012
【図２】
2017094380.tif 000013
【図３】
2017094380.tif 000014
【図４】
2017094380.tif 000015
【図５】
2017094380.tif 000016
【図６】
2017094380.tif 000017
【図７】
2017094380.tif 000018
【図８】
2017094380.tif 000019
【図９】
2017094380.tif 000020
【図１０】
2017094380.tif 000021
【図１１】
2017094380.tif 000022
【国際調査報告】
2017094380.tif 000023
2017094380.tif 000024
2017094380.tif 000025
2017094380.tif 000026