(57)【要約】【課題】従来では、精度よく識別できなかった血管の位置、太さ、方向といった生体の情報を簡単かつ正確に可視化することのできる生体情報提示装置および生体情報提示方法を得る。【解決手段】第一の検査用光源から生体の可視化させたい部位に近赤外光を照射することにより得られる二次元血管情報と第二の検査用光源からその部位に近赤外光を照射することにより得られる複数の断層画像情報との合成処理を行う。そして、合成処理によって得られた三次元合成画像情報および二次元合成画像情報を画像表示する。【選択図】図１
2013244343.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体の表面から内部を可視化するために、前記生体の表面に近赤外光を照射する第一の検査用光源および第二の検査用光源と、
前記第一の検査用光源から前記生体において可視化する範囲に近赤外光を照射し、照射した前記近赤外光の反射光を用いて前記可視化する範囲を撮影し、撮影した範囲の画像情報を取得する第一の可視化情報取得部と、
前記第一の可視化情報取得部が取得した前記画像情報により可視化される領域の複数ラインのそれぞれに対して二次元血管情報を生成する二次元血管情報生成部と、
前記第二の検査用光源から前記複数ラインの１ライン上に近赤外光を照射し、照射した近赤外光が再び生体表面に出てきた光を複数の地点で検出する第二の光源発光／受光アレー部と、
前記第二の光源発光／受光アレー部が検出した前記光の時間変化計測を行い、検出した前記光の時間変化計測の測定値を算出する時間分解計測部と、
前記生体中の光学特性パラメータの初期分布を仮定し、仮定した前記光学特性パラメータの初期分布に基づいて光の時間変化の計算値を算出し、算出した前記計算値と前記時間分解計測部が算出した測定値との比較処理を行い、前記測定値と前記計算値との誤差があらかじめ規定する許容値内に入るまで、前記光学特性パラメータの初期分布を調整して前記比較処理を繰り返すことにより、前記誤差が許容値内に入る光学特性パラメータを決定し、決定した前記光学特性パラメータに基づき、再構成画像情報を生成する逆問題解析部と、
前記逆問題解析部が生成した再構成画像情報に基づき、前記１ライン上に対応する断層画像情報を生成する断層画像情報生成部と、
前記二次元血管情報生成部が前記二次元血管情報を生成した前記複数ラインの任意のライン位置に対応させて、前記第二の光源発光／受光アレー部、前記時間分解計測部、前記逆問題解析部、および前記断層画像情報生成部による一連処理を行うことで生成される前記任意のライン位置に対応する断層画像情報と、前記二次元血管情報生成部が生成した前記複数ラインのそれぞれの前記二次元血管情報とに基づく合成処理を行うことで、三次元合成画像情報および二次元合成画像情報を生成する合成画像情報生成部と、
前記合成画像情報生成部が生成した前記三次元合成画像情報および前記二次元合成画像情報を画像表示する生体情報表示部と
を備え、
前記合成画像情報生成部は、
前記二次元血管情報生成部が前記複数ラインのそれぞれについて生成した二次元血管情報における血管の特定の部位と、前記断層画像情報生成部が前記任意のライン位置に対応して生成した断層画像情報の内、前記特定の部位に対応するそれぞれの断層画像情報に含まれる血管部分とがそれぞれ重なるように合成処理することで、前記二次元血管情報における血管に関する三次元合成画像情報を生成し、
前記二次元血管情報生成部が前記複数ラインのそれぞれについて生成した二次元血管情報における血管の特定の部位に対して、前記断層画像情報生成部が前記任意のライン位置に対応して生成した断層画像情報の内、前記特定の部位に対応するそれぞれの断層画像情報に含まれる血管部分の輝度および色相を参照しながら色相処理を行うことで、前記二次元血管情報における血管に関する二次元合成画像情報を生成する
ことを特徴とする生体情報提示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の生体情報提示装置において、
前記逆問題解析部は、前記二次元血管情報生成部が生成した二次元血管情報または自身が生成した前記再構成画像情報に基づいて、前記生体中の光学特性パラメータの初期分布を仮定する
ことを特徴とする生体情報提示装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の生体情報提示装置において、
前記第二の光源発光／受光アレー部は、
前記第二の検査用光源と、前記第二の検査用光源が照射した近赤外光が再び生体表面に出てきた光を検出する光検知器とのそれぞれが対となるように設置された発光／受光ブロックを１つ以上備え、
１つ以上ある前記発光／受光ブロックの内、第一の発光／受光ブロックに具備される前記第二の検査用光源が照射した近赤外光が再び生体表面に出てきた光を前記１つ以上ある前記発光／受光ブロックのそれぞれの検知器により検出する
ことを特徴とする生体情報提示装置。
【請求項４】
生体の表面から内部を可視化するために、前記生体の表面に近赤外光を照射する第一の検査用光源および第二の検査用光源を備える生体情報提示装置で実行される生体情報提示方法であって、
前記第一の検査用光源から前記生体において可視化する範囲に近赤外光を照射し、照射した前記近赤外光の反射光を用いて前記可視化する範囲を撮影し、撮影した範囲の画像情報を取得する第一の可視化情報取得ステップと、
前記第一の可視化情報取得ステップで取得した前記画像情報により可視化される領域の複数ラインのそれぞれに対して二次元血管情報を生成する二次元血管情報生成ステップと、
前記第二の検査用光源から前記複数ラインの１ライン上に近赤外光を照射し、照射した近赤外光が再び生体表面に出てきた光を複数の地点で検出する第二の光源発光／受光アレー検出ステップと、
前記第二の光源発光／受光アレー検出ステップで検出した前記光の時間変化計測を行い、検出した前記光の時間変化計測の測定値を算出する時間分解計測ステップと、
前記生体中の光学特性パラメータの初期分布を仮定し、仮定した前記光学特性パラメータの初期分布に基づいて光の時間変化の計算値を算出し、算出した前記計算値と前記時間分解計測ステップで算出した測定値との比較処理を行い、前記測定値と前記計算値との誤差があらかじめ規定する許容値内に入るまで、前記光学特性パラメータの初期分布を調整して前記比較処理を繰り返すことにより、前記誤差が許容値内に入る光学特性パラメータを決定し、決定した前記光学特性パラメータに基づき、再構成画像情報を生成する逆問題解析ステップと、
前記逆問題解析ステップで生成した再構成画像情報に基づき、前記１ライン上に対応する断層画像情報を生成する断層画像情報生成ステップと、
前記二次元血管情報生成ステップにより前記二次元血管情報を生成した際の前記複数ラインの任意のライン位置に対応させて、前記第二の光源発光／受光アレー検出ステップ、前記時間分解計測ステップ、前記逆問題解析ステップ、および前記断層画像情報生成ステップによる一連処理を行うことで生成した前記任意のライン位置に対応する断層画像情報と、前記二次元血管情報生成ステップで生成した前記複数ラインのそれぞれの前記二次元血管情報とに基づく合成処理を行うことで、三次元合成画像情報および二次元合成画像情報を生成する合成画像情報生成ステップと、
前記合成画像情報生成ステップで生成した前記三次元合成画像情報および前記二次元合成画像情報を画像表示する生体情報表示ステップと
を備え、
前記合成画像情報生成ステップは、
前記二次元血管情報生成ステップで前記複数ラインのそれぞれについて生成した二次元血管情報における血管の特定の部位と、前記断層画像情報生成ステップで前記任意のライン位置に対応して生成した断層画像情報の内、前記特定の部位に対応するそれぞれの断層画像情報に含まれる血管部分とがそれぞれ重なるように合成処理することで、前記二次元血管情報における血管に関する三次元合成画像情報を生成するステップと、
前記二次元血管情報生成ステップで前記複数ラインのそれぞれについて生成した二次元血管情報における血管の特定の部位に対して、前記断層画像情報生成ステップで前記任意のライン位置に対応して生成した断層画像情報の内、前記特定の部位に対応するそれぞれの断層画像情報に含まれる血管部分の輝度および色相を参照しながら色相処理を行うことで、前記二次元血管情報における血管に関する二次元合成画像情報を生成するステップと
を有することを特徴とする生体情報提示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体表面に近い血管だけでなく、生体深層部の血管に対しても、簡単かつ正確に画像化し、提示するための生体情報提示装置および生体情報提示方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
人に対して、静脈注射や点滴を行うためには、まず注射針やカテーテルを穿刺する静脈の正確な位置を確認する必要がある。また、腎臓で血液を浄化することができない腎不全の病人に対して、自宅で血液透析を行う際には、病人自身または介護者などが針を腕の血管に刺す処置を行うため、血管の正確な位置を確認する必要がある。
【０００３】
これらの要求を満たすため、従来では、近赤外線を可視化させたい部位に照射し、近赤外線用のＣＣＤカメラ等を用いて、反射光で撮影することにより、皮膚から３〜７ｍｍの深さの静脈を画像化し、可視化するための装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、相対的検出器を使用した散乱媒体の画像化装置において、拡散光トモグラフィーの原理を応用することにより、生体の断層情報を得ることができる（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１６０８９１号公報
【特許文献２】特表２００３−５２８１９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来技術には以下のような課題がある。
特許文献１に示されたような従来装置では、生体表面に近い血管を可視化することは可能であるが、深層部の血管を可視化することは非常に困難である。
【０００７】
また、生体表面からの反射光の強さを検出することにより可視化するため、太い血管であっても、それが深層部にあれば、生体組織の影響を受けて反射光が弱まるため、細く見えてしまう。
【０００８】
その結果、可視化されている血管の太さと実際の血管の太さとは合致しない。さらに、血管が生体表面からどの程度の深さにあるかといった推定さえもできない。
【０００９】
特許文献２に示されたような従来装置では、生体深層部の情報を得るために、生体部位の散乱係数および吸収係数などの光学特性パラメータを仮定し、光伝播モデルを用いて解析する。そして、計算結果が生体に照射した近赤外線の受光結果に収束するように、逆算しながら断層像を得る。
【００１０】
しかしながら、現状では、この計算結果を収束させるまでに必要な解析時間が非常に長いという問題がある。また、特許文献２に示されたような装置では、断層画像を得ることはできるが、生体の血管を可視化することに対する関連性が確保されていない。
【００１１】
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、従来では、精度よく識別できなかった血管の位置、太さ、方向といった生体の情報を簡単かつ正確に可視化することのできる生体情報提示装置および生体情報提示方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明における生体情報提示装置は、生体の表面から内部を可視化するために、生体の表面に近赤外光を照射する第一の検査用光源および第二の検査用光源と、第一の検査用光源から生体において可視化する範囲に近赤外光を照射し、照射した近赤外光の反射光を用いて可視化する範囲を撮影し、撮影した範囲の画像情報を取得する第一の可視化情報取得部と、第一の可視化情報取得部が取得した画像情報により可視化される領域の複数ラインのそれぞれに対して二次元血管情報を生成する二次元血管情報生成部と、第二の検査用光源から複数ラインの１ライン上に近赤外光を照射し、照射した近赤外光が再び生体表面に出てきた光を複数の地点で検出する第二の光源発光／受光アレー部と、第二の光源発光／受光アレー部が検出した光の時間変化計測を行い、検出した光の時間変化計測の測定値を算出する時間分解計測部と、生体中の光学特性パラメータの初期分布を仮定し、仮定した光学特性パラメータの初期分布に基づいて光の時間変化の計算値を算出し、算出した計算値と時間分解計測部が算出した測定値との比較処理を行い、測定値と計算値との誤差があらかじめ規定する許容値内に入るまで、光学特性パラメータの初期分布を調整して比較処理を繰り返すことにより、誤差が許容値内に入る光学特性パラメータを決定し、決定した光学特性パラメータに基づき、再構成画像情報を生成する逆問題解析部と、逆問題解析部が生成した再構成画像情報に基づき、１ライン上に対応する断層画像情報を生成する断層画像情報生成部と、二次元血管情報生成部が二次元血管情報を生成した複数ラインの任意のライン位置に対応させて、第二の光源発光／受光アレー部、時間分解計測部、逆問題解析部、および断層画像情報生成部による一連処理を行うことで生成される任意のライン位置に対応する断層画像情報と、二次元血管情報生成部が生成した複数ラインのそれぞれの二次元血管情報とに基づく合成処理を行うことで、三次元合成画像情報および二次元合成画像情報を生成する合成画像情報生成部と、合成画像情報生成部が生成した三次元合成画像情報および二次元合成画像情報を画像表示する生体情報表示部とを備え、合成画像情報生成部は、二次元血管情報生成部が複数ラインのそれぞれについて生成した二次元血管情報における血管の特定の部位と、断層画像情報生成部が任意のライン位置に対応して生成した断層画像情報の内、特定の部位に対応するそれぞれの断層画像情報に含まれる血管部分とがそれぞれ重なるように合成処理することで、二次元血管情報における血管に関する三次元合成画像情報を生成し、二次元血管情報生成部が複数ラインのそれぞれについて生成した二次元血管情報における血管の特定の部位に対して、断層画像情報生成部が任意のライン位置に対応して生成した断層画像情報の内、特定の部位に対応するそれぞれの断層画像情報に含まれる血管部分の輝度および色相を参照しながら色相処理を行うことで、二次元血管情報における血管に関する二次元合成画像情報を生成することを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明における生体情報提示方法は、生体の表面から内部を可視化するために、生体の表面に近赤外光を照射する第一の検査用光源および第二の検査用光源を備える生体情報提示装置で実行される生体情報提示方法であって、第一の検査用光源から生体において可視化する範囲に近赤外光を照射し、照射した近赤外光の反射光を用いて可視化する範囲を撮影し、撮影した範囲の画像情報を取得する第一の可視化情報取得ステップと、第一の可視化情報取得ステップで取得した画像情報により可視化される領域の複数ラインのそれぞれに対して二次元血管情報を生成する二次元血管情報生成ステップと、第二の検査用光源から複数ラインの１ライン上に近赤外光を照射し、照射した近赤外光が再び生体表面に出てきた光を複数の地点で検出する第二の光源発光／受光アレー検出ステップと、第二の光源発光／受光アレー検出ステップで検出した光の時間変化計測を行い、検出した光の時間変化計測の測定値を算出する時間分解計測ステップと、生体中の光学特性パラメータの初期分布を仮定し、仮定した光学特性パラメータの初期分布に基づいて光の時間変化の計算値を算出し、算出した計算値と時間分解計測ステップで算出した測定値との比較処理を行い、測定値と計算値との誤差があらかじめ規定する許容値内に入るまで、光学特性パラメータの初期分布を調整して比較処理を繰り返すことにより、誤差が許容値内に入る光学特性パラメータを決定し、決定した光学特性パラメータに基づき、再構成画像情報を生成する逆問題解析ステップと、逆問題解析ステップで生成した再構成画像情報に基づき、１ライン上に対応する断層画像情報を生成する断層画像情報生成ステップと、二次元血管情報生成ステップにより二次元血管情報を生成した際の複数ラインの任意のライン位置に対応させて、第二の光源発光／受光アレー検出ステップ、時間分解計測ステップ、逆問題解析ステップ、および断層画像情報生成ステップによる一連処理を行うことで生成した任意のライン位置に対応する断層画像情報と、二次元血管情報生成ステップで生成した複数ラインのそれぞれの二次元血管情報とに基づく合成処理を行うことで、三次元合成画像情報および二次元合成画像情報を生成する合成画像情報生成ステップと、合成画像情報生成ステップで生成した三次元合成画像情報および二次元合成画像情報を画像表示する生体情報表示ステップとを備え、合成画像情報生成ステップは、二次元血管情報生成ステップで複数ラインのそれぞれについて生成した二次元血管情報における血管の特定の部位と、断層画像情報生成ステップで任意のライン位置に対応して生成した断層画像情報の内、特定の部位に対応するそれぞれの断層画像情報に含まれる血管部分とがそれぞれ重なるように合成処理することで、二次元血管情報における血管に関する三次元合成画像情報を生成するステップと、二次元血管情報生成ステップで複数ラインのそれぞれについて生成した二次元血管情報における血管の特定の部位に対して、断層画像情報生成ステップで任意のライン位置に対応して生成した断層画像情報の内、特定の部位に対応するそれぞれの断層画像情報に含まれる血管部分の輝度および色相を参照しながら色相処理を行うことで、二次元血管情報における血管に関する二次元合成画像情報を生成するステップとを有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明における生体情報提示装置および生体情報提示方法によれば、生体の可視化させたい部位の二次元血管情報とその部位に対応する複数の断層画像情報との合成処理を行い、合成処理によって得られた二次元あるいは三次元の画像情報を表示することにより、従来では、精度よく識別できなかった血管の位置、太さ、方向といった生体情報を簡単かつ正確に可視化することのできる生体情報提示装置および生体情報提示方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態１における生体情報提示装置の機能構成を示したブロック図である。
【図２】本発明の実施形態１における生体情報提示装置および測定対象である生体の関係を示す説明図である。
【図３】本発明の実施の形態１において、腕を撮影した場合における近赤外画像、可視画像、およびこれらの画像を合成した近赤外・可視合成画像を示した模式図である。
【図４】本発明の実施形態１における二次元血管情報生成部が二次元血管情報の生成を行う説明図である。
【図５】本発明の実施の形態１における逆問題解析部が従来の処理方法および本発明の処理方法によって、再構成画像情報を生成する場合を説明するフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態１において、画像表示された三次元合成画像情報および二次元合成画像情報を示した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の生体情報提示装置および生体情報提示方法の好適な実施の形態につき、図面を用いて説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１７】
実施の形態１．
＜１．生体情報提示装置の構成＞
図１は、本発明の実施形態１における生体情報提示装置の機能構成を示したブロック図である。
【００１８】
この図１における生体情報提示装置は、第一の可視化情報取得部１０、二次元血管情報生成部２０、二次元血管情報保管部３０、第二の光源発光／受光アレー部４０、ピコパルス光制御部５０、時間分解計測部６０、逆問題解析部７０、断層画像情報生成部８０、発光／受光アレー可動支持部９０、断層画像情報蓄積部１００、合成画像情報生成部１１０、生体情報表示部１２０、生体参照情報生成部１３０、および生体情報提示装置制御部１４０を備える。
【００１９】
第一の可視化情報取得部１０は、生体の血管を可視化するために必要な生体情報を得る。二次元血管情報生成部２０は、第一の可視化情報取得部１０が得た生体情報を基に、血管の二次元的な位置情報を生成する。
【００２０】
二次元血管情報保管部３０は、二次元血管情報生成部２０が生成した二次元血管情報を断層画像が生成される位置に関連付けて保存する。第二の光源発光／受光アレー部４０は、第二の光源および光検知器のそれぞれが対となるように設置された発光／受光ブロックを備える。
【００２１】
ピコパルス光制御部５０は、第二の光源発光／受光アレー部４０内の第二の光源の発光を制御する。時間分解計測部６０は、第二の光源によって測定すべき生体部位に照射された光が、生体内で散乱・吸収を繰り返しながら再び生体表面に出てきた時、出てきた光の時間変化計測を行う。
【００２２】
逆問題解析部７０は、時間分解計測部６０が生成した時間分解計測値と生体部位の散乱係数および吸収係数などの光学特性パラメータを仮定した光伝播モデルとを用いて、各計測値に収束するように逆算を行い、再構成画像情報を生成する。
【００２３】
断層画像情報生成部８０は、逆問題解析部７０が生成した再構成画像情報に基づき、生体組織内の血液量や酸素濃度などを輝度および色相で提示する生体部位の断層画像情報を生成する。発光／受光アレー可動支持部９０は、異なる生体部位の断層画像情報を得るために、第二の光源発光／受光アレー部４０を所定の方向に移動させる。
【００２４】
断層画像情報蓄積部１００は、第二の光源発光／受光アレー部４０が移動することにより得られた各生体部位の断層画像情報を生体部位の測定位置に関連付けて保存する。
【００２５】
合成画像情報生成部１１０は、二次元血管情報保管部３０が保存した二次元血管情報および断層画像情報蓄積部１００が保存した断層画像情報に基づき、二次元血管情報の補正処理、および二次元血管情報の所定の部位とその所定の部位に対応する断層画像情報とを関連付けた情報化処理を行う。
【００２６】
生体情報表示部１２０は、合成画像情報生成部１１０が処理を行った生体情報を可視化するために画像表示する。生体参照情報生成部１３０は、逆問題解析部７０に対して、二次元血管情報および断層画像情報といった既知の生体参照情報を与える。
【００２７】
生体情報提示装置制御部１４０は、装置を動作させるために、生体情報提示装置に具備される各機能部に対して必要な操作を指示する。
【００２８】
次に、本実施の形態１における生体情報提示装置を用いて、測定対象である生体を測定する場合について、図２を参照して説明する。図２は、本発明の実施形態１における生体情報提示装置および測定対象である生体の関係を示す説明図である。
【００２９】
なお、具体的に説明するために、以降では、測定対象である生体を腕１５０とする。もちろん、本願発明における生体表示装置においては、腕に限らず、腕以外の別の生体も測定することができる。
【００３０】
第一の可視化情報取得部１０は、図示するように、近赤外線レーザ１１、レンズ１２、光学フィルタ１３、および撮像素子１４を備える。
【００３１】
近赤外線レーザ１１は、第一の検査用光源として、腕から数ｃｍ程度離れた上部に位置し、波長が７００ｎｍ〜１２００ｎｍである光を腕１５０の可視化させたい部位（図２においては、点線で囲まれた箇所に相当）に照射する。
【００３２】
レンズ１２は、第一の検査用光源が腕１５０の可視化させたい部位に照射した光の反射光を集光する。光学フィルタ１３は、可視画像撮影の場合と近赤外画像撮影の場合とに応じて、フィルタを通過する波長を切り替える。
【００３３】
撮像素子１４は、可視波長から１２００ｎｍ程度の近赤外波長に対して分光感度が高く、水平方向に６４０画素、垂直方向に４８０ラインの面構成であり、各画素を８ビットで量子化出力する。なお、画素数、ライン数、およびビット数は、解像度に影響するがこれに限定されるものでない。
【００３４】
第二の光源発光／受光アレー部４０は、生体情報提示装置制御部１４０の制御信号に基づき、発光／受光アレー可動支持部９０の範囲内を腕１５０に沿って移動することにより、測定部位を変更することができる。そして、第二の光源発光／受光アレー部４０は、図示するように、腕１５０に密着する。
【００３５】
そして、断層画像情報生成部８０は、それぞれの測定部位の位置（凡そ１ライン分）に対応した断層画像情報を生成することにより、結果として、腕１５０の可視化させたい部位（図２においては、点線で囲まれた箇所）の範囲全体に対応した断層画像情報を得ることができる。
【００３６】
また、第二の光源発光／受光アレー部４０に具備される１つの発光／受光ブロックに設置される第二の検査用光源および光検知器は、以下のようなものである。
【００３７】
すなわち、第二の検査用光源としては、例えば、第一波長と第二波長といった２種類の波長の光を出力する近赤外線レーザが用いられる。光検知器としては、例えば、Ｓｉ系またはＩｎＧａＡｓなどの化合物系の光検知器が用いられる。
【００３８】
なお、近赤外線レーザが出力する波長の種類について、第一波長および第二波長といった２種類の波長としたが、これに限定されない。すなわち、波長の種類は、断層画像の分解能に影響を与えるパラメータであり、必要に応じて、１種類または３種類以上の波長であってもよい。
【００３９】
そして、第二の光源発光／受光アレー部４０に設置されるＮ個（Ｎは、１以上の整数）の発光／受光ブロック４１（１）〜４１（Ｎ）は、図示するように、腕１５０の測定部位のまわりを巻き込むような形になっている。
【００４０】
なお、発光／受光ブロックの個数は、多いほど高分解能な断層像を得ることができる。必要な分解能に応じて、発光／受光ブロックの個数を変更すればよい。
【００４１】
＜２．生体情報提示装置の動作＞
次に、本発明の実施の形態１における生体情報提示装置の動作手順について、各機能部の動作内容を詳細に述べながら説明する。
【００４２】
はじめに、第一の可視化情報取得部１０の動作について、先の図１、図２、および図３を参照して説明する。図３は、本発明の実施の形態１において、腕１５０を撮影した場合における近赤外画像、可視画像、およびこれらの画像を合成した近赤外・可視合成画像を示した模式図である。
【００４３】
第一の可視化情報取得部１０は、生体情報提示装置制御部１４０の制御信号に基づき、先の図２に図示するように、発光／受光アレー可動支持部９０エリアに位置する腕１５０の表皮を近赤外画像および可視画像として、時分割で間欠的に撮影する。
【００４４】
なお、撮影される範囲は、先の図２で図示するように、腕１５０の表皮上の点線で囲まれた箇所である。この場合には、腕１５０だけでなく、第二の光源発光／受光アレー部４０の一部も画像に写り込む。
【００４５】
近赤外画像撮影時の場合には、光学フィルタ１３は、可視波長を遮断して、近赤外波長を通過させるように、フィルタを設定する。そして、レンズ１２は、近赤外線レーザ１１が腕１５０の表皮に照射した光の反射光を集光し、撮像素子１４は、反射光により画像情報に変換する。
【００４６】
なお、生体の表皮に照射した近赤外光は、皮膚を透過し、血管内の血液によって吸光され、一方で、血管以外の部位では、脂肪層等の人体組織によって反射される性質を有す。その結果、撮像素子１４が変換した画像情報において、血管部分は、相対的に低輝度となり、血管以外のその他の部分は、相対的に高輝度になる。
【００４７】
一方、可視画像撮影時の場合には、近赤外線レーザ１１は、照射を停止するとともに、光学フィルタ１３は、可視波長を通過して近赤外波長を遮断させるように、フィルタを設定する。そして、レンズ１２は、腕１５０の表皮を照らす自然光の反射光を集光し、撮像素子１４は、反射光により画像情報に変換する。
【００４８】
なお、近赤外画像から可視画像へ撮影変更する場合には、光学フィルタ１３の設定において、２種類のフィルタをスライドまたは回転させるように設定する。
【００４９】
このように、腕１５０を撮影した近赤外画像、可視画像、およびそれらの画像を合成した近赤外・可視合成画像を示した模式図が図３である。この図３における近赤外画像は、黒白で輝度が異なるモノクロ画像である。また、図示するように、撮影された腕１５０の輪郭の中において、血管１５１、１５２の画像は、その他の部位より低輝度となるため、黒目の筋として確認される。
【００５０】
なお、近赤外画像において、第二の光源発光／受光アレー部４０の一部も写る。しかしながら、その写る様子は、第二の光源発光／受光アレー部４０の外観素材により大きく変動するため、ここでは記載を省略する。
【００５１】
一方、図３における可視画像は、カラー画像であり、人間の目で直視しているものがそのまま画像として撮影される。また、図示するように、第二の光源発光／受光アレー部４０の一部が画面上部に写っているが、一方で血管は、殆ど写らない。なお、可視画像において、血管が写る場合もあるが、近赤外画像の場合と比較して、明らかに見辛くなっている。
【００５２】
そして、第一の可視化情報取得部１０は、このように時分割で間欠的に撮影した近赤外画像と可視画像とを合成することにより、図３に図示するような近赤外・可視合成画像を生成する。
【００５３】
なお、近赤外画像と可視画像を時分割で間欠的に撮影する時間間隔や撮影回数は、必要に応じて、撮影パラメータを設定することにより変更することができる。
【００５４】
次に、二次元血管情報生成部２０の動作について、先の図３および図４を参照して説明する。図４は、本発明の実施形態１における二次元血管情報生成部２０が二次元血管情報の生成を行う説明図である。
【００５５】
二次元血管情報生成部２０は、周辺画素加算平均などを行うローパスフィルタ処理によって、第一の可視化情報取得部１０が撮影した近赤外画像の輝度情報を抜き出し、あらかじめ規定した閾値より低輝度の部位を血管部位として情報生成する。
【００５６】
具体的には、二次元血管情報生成部２０は、図３における近赤外・可視合成画像に図示するＰ（１≦Ｐ≦４８０）ライン目の各画素値（図４に図示するドットに相当）に対して、ローパスフィルタ処理を行う。
【００５７】
なお、図４に図示するように、ドットに対応する実線が示す輝度画素の内、閾値以下の輝度画素が、血管部位として可視化される画素情報である。
【００５８】
そして、二次元血管情報生成部２０は、１ライン目（Ｐ＝１）から順次最終（Ｐ＝４８０）ラインに至るまで、同様の処理を繰り返すことにより、複数ラインのそれぞれに対して二次元血管情報を生成する。さらに、二次元血管情報保管部３０は、二次元血管情報生成部２０が生成した二次元血管情報を一時的に保存する。
【００５９】
この一時的に保存される二次元血管情報は、二次元血管情報の各ラインと断層画像情報を生成する位置とで関連付けられた形で保存されている。なお、断層画像情報については、後述する。
【００６０】
次に、第二の光源発光／受光アレー部４０に具備されるＮ個の発光／受光ブロック４１（１）〜４１（Ｎ）の内、一つの発光／受光ブロック（ここでは、４１（１）を用いて説明する）は、以下のような動作を行う。
【００６１】
すなわち、発光／受光ブロック４１（１）内の近赤外線レーザは、波長が第一波長（ここでは、２種類の波長の内、第一波長を用いて説明する）、周期が例えば、１００ピコ秒以下であるパルス光を二次元血管情報が生成された複数ラインの１ライン上に照射する。
【００６２】
なお、近赤外線レーザによるこの照射は、生体情報提示装置制御部１４０の制御信号を受けたピコパルス光制御部５０の制御信号に基づいて行われる。
【００６３】
そして、発光／受光ブロック４１（１）内の近赤外線レーザによって、腕１５０に照射された光は、腕１５０の内部で吸収・散乱を繰り返し、照射を行った発光／受光ブロック４１（１）以外のＮ−１個の発光／受光ブロック４１（２）〜４１（Ｎ）内の各光検知器によって検出される。
【００６４】
さらに、発光／受光ブロック４１（２）〜４１（Ｎ）内の各光検知器で検出された光は、電気信号に変換される。そして、この各信号が送られた時間分解計測部６０は、送られた各信号に基づき、検出光の時間変化情報を生成する。
【００６５】
また、近赤外線レーザの波長が第一波長だけでなく、第二波長の場合においても同様の動作が行われる。さらに、発光／受光ブロック４１（２）〜４１（Ｎ）についても、発光／受光ブロック４１（１）と同様の動作が行われる。
【００６６】
すなわち、生体情報提示装置制御部１４０は、それぞれの発光／受光ブロック内における赤外線レーザを順次切り替えることにより、すべての発光／受光ブロックにおいて、同様の動作が行われる。
【００６７】
したがって、時間分解計測部６０は、各波長において、Ｎ−１ブロック分の光検知器数×Ｎブロック分のレーザ照射回数×時間変化計測スパンを計測周期で割ったサンプリング分を乗算した膨大なデータを生成する。
【００６８】
次に、逆問題解析部７０は、時間分解計測部６０が生成したデータに基づいて拡散光トモグラフィーの原理にしたがい、断層画像情報を得るために必要な再構成画像情報の生成処理を行う。
【００６９】
次に、逆問題解析部７０が行う拡散光トモグラフィーの原理にしたがった再構成画像情報の生成処理について、従来の処理方法と比較しながら図５のフローチャートを参照して説明する。図５は、本発明の実施の形態１における逆問題解析部７０が従来の処理方法および本発明の処理方法によって、再構成画像情報を生成する場合を説明するフローチャートである。
【００７０】
これまで、図５（ａ）における従来の処理方法では、計算結果と測定結果との誤差が許容値内になるまで、収束処理のループを繰り返すため、大量のデータ処理が必要となり、数分の所要時間が必要であった。
【００７１】
これに対し、図５（ｂ）における本発明の処理方法では、従来の処理方法に対して、処理が簡略化され、処理回路規模の軽減および処理時間の短縮が可能であるという技術的特徴を有す。
【００７２】
はじめに、逆問題解析部７０が従来の処理方法によって再構成画像情報を生成する手順について、図５（ａ）を参照して説明する。
【００７３】
まず、逆問題解析部７０は、ステップＳ５０１にて、測定対象である生体組織中の光学特性パラメータである吸収係数μａ（ｒ）および換算拡散係数μｓ’（ｒ）の初期分布の仮定を行う。次に、逆問題解析部７０は、ステップＳ５０２にて、ステップＳ５０１で仮定した初期分布を基に、光伝播モデルを用いて、順問題計算を行う。
【００７４】
次に、逆問題解析部７０は、ステップＳ５０３にて、各検出点における光強度の計算を行う。次に、逆問題解析部７０は、ステップＳ５０４にて、ステップＳ５０３で計算した計算結果と各検知器が検出した実際の測定結果とを比較し、計算結果と測定結果との誤差が許容値内か許容値外であるか判断する。なお、誤差の許容値については、あらかじめ規定しておけばよい。
【００７５】
逆問題解析部７０は、ステップＳ５０４にて、誤差が許容値内と判断した場合には、仮定していた光学特性パラメータの分布が解として、一連の処理を終了する。
【００７６】
一方で、逆問題解析部７０は、ステップＳ５０４にて、誤差が許容値外と判断した場合には、ステップＳ５０１の処理を再び実行する。すなわち、逆問題解析部７０は、再びステップＳ５０１にて、誤差に基づき、吸収係数μａ（ｒ）および換算拡散係数μｓ’（ｒ）の分布を仮定しなおし、ステップＳ５０２以降の処理を実行する。
【００７７】
そして、この一連の処理は、計算結果と測定結果との誤差が許容値内になるまで繰り返し実行される。
【００７８】
逆問題解析部７０は、以上の処理で得られた光学特性パラメータであるμａ（ｒ）、μｓ’（ｒ）に基づき、再構成画像情報を生成し、その情報を断層画像情報生成部８０に送る。
【００７９】
なお、この処理は、発光／受光ブロックの近赤外線レーザの波長が第一波長、第二波長のそれぞれの場合において実行される。したがって、逆問題解析部７０は、第一波長、第二波長のそれぞれに対応する光学特性値μａ（ｒ）、μｓ’（ｒ）に基づく再構成画像情報を断層画像情報生成部８０に送ることとなる。
【００８０】
そして、断層画像情報生成部８０は、第一波長、第二波長に対応するそれぞれの再構成画像情報に基づき、生体組織内の血液量や酸素濃度などを輝度および色相で提示する断層画像情報を生成する。
【００８１】
なお、ここでは、断層画像情報生成部８０は、第一波長、第二波長に対応するそれぞれの再構成画像情報に基づき、断層画像情報を生成すると述べたが、これに限定されない。
【００８２】
すなわち、近赤外線レーザが出力する波長の種類に応じて、それぞれの波長における再構成画像情報に基づき、断層画像情報を生成することができる。
【００８３】
次に、逆問題解析部７０が本発明の処理方法によって再構成画像情報を生成する手順について、図５（ｂ）を参照して説明する。この図５（ｂ）におけるフローチャートは、図５（ａ）におけるフローチャートで実行されたステップＳ５０１〜Ｓ５０４に加え、さらに、ステップＳ５０５〜Ｓ５０９を備える。
【００８４】
まず、逆問題解析部７０は、ステップＳ５０５にて、生体参照情報生成部１３０が生成した生体参照情報を取得する。なお、生体参照情報生成部１３０は、以下のように、生体参照情報を生成する。
【００８５】
すなわち、前述したように、第一の可視化情報取得部１０が生成した二次元血管情報は、二次元血管情報保管部３０により、二次元血管情報の各ラインと断層画像情報を生成する位置とで関連付けられた形で保存されている。
【００８６】
また、断層画像を生成する位置は、第二の光源発光／受光アレー部４０の位置によって決められ、これらの位置関係は、先の図３に図示した近赤外・可視合成画像から判別される。
【００８７】
そして、生体参照情報生成部１３０は、二次元血管情報保管部３０からこれらの情報を取得し、腕１５０において、断層画像情報を生成する位置に対応する血管の位置および太さなどといった生体参照情報を生成する。
【００８８】
次に、逆問題解析部７０は、ステップＳ５０６にて、一連の装置動作中において、既に腕１５０における再構成画像情報を生成しているか否かを判断する。逆問題解析部７０は、まだ再構成画像情報を生成していないと判断した場合には、ステップＳ５０１に進む。
【００８９】
一方、逆問題解析部７０は、既に再構成画像情報を生成していると判断した場合には、ステップＳ５０７にて、既に生成した各波長に対応する再構成画像情報に基づいて、ステップＳ５０５で取得した生体参照情報を修正する。
【００９０】
次に、逆問題解析部７０は、ステップＳ５０１にて、生体参照情報に基づいて、光学特性パラメータである吸収係数μａ（ｒ）および換算拡散係数μｓ’（ｒ）の分布を仮定する。
【００９１】
なお、生体参照情報は、前述したように、断層画像情報を生成する位置に対応する血管の位置および太さなどといった情報を有している。そのため、これらの生体参照情報に基づいて仮定される光学特性パラメータは、従来の処理方法と比較して、精度が高い。
【００９２】
また、既に再構成画像情報を生成している場合には、断層画像情報を生成する位置に対応する血管の位置および太さなどといった情報に加え、実際に生成した再構成画像情報も考慮するという修正を行った生体参照情報に基づいて、光学特性パラメータが仮定される。そのため、この光学特性パラメータは、修正前の生体参照情報に基づいて仮定した場合と比較して、精度が高い。
【００９３】
そして、逆問題解析部７０は、図５（ａ）と同様のステップＳ５０２〜Ｓ５０４の処理を順次実行する。
【００９４】
次に、逆問題解析部７０は、ステップＳ５０４にて、誤差が許容値外と判断した場合には、ステップＳ５０１の処理を再び実行する。一方、逆問題解析部７０は、ステップＳ５０４にて、誤差が許容値内と判断した場合には、ステップＳ５０８に進む。
【００９５】
以上のように、逆問題解析部７０は、ステップＳ５０１にて、従来の処理方法とは異なり、生体参照情報に基づいて、吸収係数μａ（ｒ）および換算拡散係数μｓ’（ｒ）の分布を仮定している。そのため、仮定したこれらの分布は、従来の処理方法によって仮定された分布と比べて、非常に精度が高い。
【００９６】
したがって、計算結果と測定結果との誤差が許容値内になるまでの収束処理のループの繰り返し回数を大幅に削減できるため、従来の処理方法と比較して、処理回路規模の軽減および処理時間の短縮が可能である。
【００９７】
次に、逆問題解析部７０は、ステップＳ５０８にて、前述したように、以上の処理で得られた各波長に対応する光学特性値μａ（ｒ）、μｓ’（ｒ）に基づく再構成画像情報を断層画像情報生成部８０に送る。
【００９８】
そして、断層画像情報生成部８０は、前述したように、それぞれの波長に対応する再構成画像情報に基づき、生体組織内の血液量や酸素濃度などを輝度および色相で提示する断層画像情報を生成する。
【００９９】
次に、逆問題解析部７０は、ステップＳ５０９にて、断層画像情報生成部８０が次の断層画像情報を生成するために、第二の光源発光／受光アレー部４０が移動したか否かを判断する。
【０１００】
なお、第二の光源発光／受光アレー部４０が移動することにより、前述したように、測定部位が変更される。そして、断層画像情報生成部８０は、測定部位の変更によって、複数ラインのそれぞれに対応した複数の断層画像情報を生成する。これにより、断層画像情報生成部８０は、結果として、先の図２で図示した腕１５０の表皮上の点線で囲まれた箇所の範囲全体に対応した断層画像情報を生成することができる。
【０１０１】
そして、逆問題解析部７０は、ステップＳ５０９にて、第二の光源発光／受光アレー部４０が移動したと判断した場合には、ステップＳ５０５に戻り、再び一連の処理を実行する。そして、断層画像情報生成部８０は、同様に、次の新しい断層画像情報を生成する。
【０１０２】
一方、逆問題解析部７０は、ステップＳ５０９にて、第二の光源発光／受光アレー部４０が移動しなかったと判断した場合には、必要な断層画像情報の生成が終了したとみなし、一連の処理を終了する。
【０１０３】
次に、断層画像情報蓄積部１００は、以上のように得られた複数の断層画像情報を断層画像情報ごとに区分し、保存する。
【０１０４】
次に、合成画像情報生成部１１０が行う二次元血管情報の所定の部位とその所定の部位に対応する断層画像情報とを関連付けた情報化処理、および二次元血管情報の補正処理について、図６を参照して説明する。図６は、情報化処理により得られた三次元画像情報および補正処理によって得られた二次元血管情報を画像表示した模式図である。
【０１０５】
はじめに、合成画像情報生成部１１０が行う情報化処理について説明する。合成画像情報生成部１１０は、二次元血管情報保管部３０が保存する二次元血管情報と、断層画像情報蓄積部１００が保存する断層画像情報を取得する。
【０１０６】
そして、合成画像情報生成部１１０は、二次元血管情報における血管の特定の部位と、複数の断層画像情報の内、その特定の部位に対応する断層画像情報に含まれる血管部分とがそれぞれ重なるように合成し、この合成を血管のそれぞれの部位に対して行う。
【０１０７】
合成画像情報生成部１１０は、このような情報化処理を行うことにより、三次元血管情報を生成する。そして、図６（ａ）に図示するように、この三次元血管情報は、生体情報表示部１２０によって、三次元合成画像として画像表示される。
【０１０８】
次に、合成画像情報生成部１１０が行う二次元血管情報の補正処理について説明する。合成画像情報生成部１１０は、前述した情報化処理による三次元血管情報の生成に加え、補正処理を行う。なお、情報化処理および補正処理は、それぞれ独立して行われる。
【０１０９】
合成画像情報生成部１１０は、二次元血管情報における血管の特定の部位に対して、複数の断層画像情報の内、その特定の部位に対応する断層画像情報に含まれる血管部分の輝度および色相を参照しながら、色相処理を行う。そして、この色相処理を血管のそれぞれの部位に対して行う。
【０１１０】
合成画像情報生成部１１０は、このような補正処理を行うことにより、補正した二次元合成画像情報を生成する。そして、図６（ｂ）に図示するように、この補正した二次元合成画像情報は、生体情報表示部１２０によって、二次元合成画像として画像表示される。
【０１１１】
以上のようにして得られた図６（ａ）における画像表示された三次元合成画像情報は、従来と異なり、二次元血管情報と断層画像情報との情報化処理を行うことにより、血管が立体的に表示された三次元合成画像情報を得ることができ、さらに、輝度および色相の違いから明確に生体の血管を判別することができる。
【０１１２】
また、図６（ｂ）における画像表示された二次元合成画像情報は、従来と異なり、断層画像情報を利用して、二次元血管情報の補正処理を行うことにより、血管に色相処理が加えられたため、同様に、輝度および色相の違いから明確に生体の血管を判別することができる。
【０１１３】
したがって、二次元血管情報と断層画像情報とに基づいて三次元合成画像情報および二次元合成画像情報を生成することで、血管の位置、太さ、方向といった生体情報を簡単かつ正確に可視化することができる。さらに、二次元血管情報のみではこれまで判別できなかったような交差する血管に対しても、正確にそれぞれの血管を識別することができる。
【０１１４】
なお、血管を可視化するために、生体情報表示部１２０に表示させる画像情報においては、二次元合成画像情報と三次元合成画像情報のどちらであってもよい。
【０１１５】
また、以上の説明においては、二次元血管情報が生成された複数のラインのすべてについて断層画像情報を生成した場合における情報化処理および補正処理について説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。
【０１１６】
すなわち、複数ラインの任意のライン位置に対応した断層画像情報を生成し、結果として、先の図２で図示した腕１５０の表皮上の点線で囲まれた箇所の一部の範囲に対応した複数の断層画像情報を生成し、同様の情報化処理および補正処理を行ってもよい。
【０１１７】
そして、これらの処理を行うことによって得られた二次元合成画像情報および三次元合成画像情報を画像表示することにより、断層画像に関する情報量が減るものの、上述したような効果が得られる。
【０１１８】
以上のように、本発明の実施の形態１によれば、生体情報提示装置は、生体の可視化させたい部位の二次元血管情報とその部位に対応する断層画像情報とに基づいて生成された三次元合成画像情報および二次元合成画像情報を表示することができる。これにより、従来では、精度よく識別できなかった血管の位置、太さ、方向といった生体情報を簡単かつ正確に可視化することのできる生体情報提示装置および生体情報提示方法を得ることができる。
【符号の説明】
【０１１９】
１０  可視化情報取得部、１１  近赤外線レーザ、１２  レンズ、１３  光学フィルタ、１４  撮像素子、２０  二次元血管情報生成部、３０  二次元血管情報保管部、４０  第二の光源発光／受光アレー部、４１  発光／受光ブロック、５０  ピコパルス光制御部、６０  時間分解計測部、７０  逆問題解析部、８０  断層画像情報生成部、９０  発光／受光アレー可動支持部、１００  断層画像情報蓄積部、１１０  合成画像情報生成部、１２０  生体情報表示部、１３０  生体参照情報生成部、１４０  生体情報提示装置制御部、１５０  腕、１５１、１５２  血管。
【図１】
2013244343.tif 000003
【図２】
2013244343.tif 000004
【図３】
2013244343.tif 000005
【図４】
2013244343.tif 000006
【図５】
2013244343.tif 000007
【図６】
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