(57)【要約】【課題】眼底の血管における酸素の分布を測定できる血液成分測定装置を提供する。【解決手段】血液成分測定装置１は血管網における複数個所の光スペクトルを検出するスペクトル検出部２と、光スペクトルを用いて血液中に含まれる酸素の分布を演算する演算部３と、を備える。血液中に含まれる酸素の分布は、酸素化ヘモグロビン、還元ヘモグロビンまたは酸素飽和度の分布である。血液中に含まれる酸素の分布を表示する表示装置２５を備え、表示装置２５は酸素化ヘモグロビン、還元ヘモグロビンまたは酸素飽和度の分布を表示する。【選択図】図１
2017153519.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
血管網における複数個所の光スペクトルを検出するスペクトル検出部と、
前記光スペクトルを用いて血液中に含まれる酸素の分布を演算する演算部と、を備えることを特徴とする血液成分測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の血液成分測定装置であって、
前記血液中に含まれる酸素の分布は、酸素化ヘモグロビン、還元ヘモグロビンまたは酸素飽和度の分布であることを特徴とする血液成分測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載の血液成分測定装置であって、
血液中に含まれる酸素の分布を表示する表示部を備え、
前記表示部は酸素化ヘモグロビン、還元ヘモグロビンまたは酸素飽和度の分布を表示することを特徴とする血液成分測定装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の血液成分測定装置であって、
前記スペクトル検出部は眼底の光スペクトルを検出し、
前記演算部が演算する対象の光の波長は４５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下であることを特徴とする血液成分測定装置。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の血液成分測定装置であって、
前記スペクトル検出部は眼底の光スペクトルを検出し、
前記演算部が演算する対象の光の波長は６００ｎｍ以上８００ｎｍ以下であることを特徴とする血液成分測定装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の血液成分測定装置であって、
前記スペクトル検出部は分光カメラを有し、前記分光カメラは複数の波長の画像を撮影することを特徴とする血液成分測定装置。
【請求項７】
請求項６に記載の血液成分測定装置であって、
前記分光カメラは眼底を撮影する光学系を有することを特徴とする血液成分測定装置。
【請求項８】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の血液成分測定装置であって、
前記演算部は酸素化ヘモグロビン及び還元ヘモグロビンの光スペクトルの真値と独立成分分析から算出された独立成分スペクトルとの相互相関係数を演算し、相互相関係数の大きさから酸素化ヘモグロビンの独立成分スペクトルおよび還元ヘモグロビンの独立成分スペクトルを判別することを特徴とする血液成分測定装置。
【請求項９】
請求項６または７に記載の血液成分測定装置であって、
前記分光カメラは可変波長フィルターを備えることを特徴とする血液成分測定装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の血液成分測定装置であって、
前記可変波長フィルターはファブリ・ペロー型であることを特徴とする血液成分測定装置。
【請求項１１】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の血液成分測定装置であって、
前記スペクトル検出部は前記血管網に光を照射する光源ユニットを備え、
前記光源ユニットは可変波長フィルターを備えることを特徴とする血液成分測定装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の血液成分測定装置であって、
前記光源ユニットの前記可変波長フィルターはファブリ・ペロー型であることを特徴とする血液成分測定装置。
【請求項１３】
スペクトル検出部が血管網における複数個所の光スペクトルを検出し、
演算部が前記光スペクトルを用いて血液中に含まれる酸素の分布を演算し、
表示部が血液中に含まれる酸素の分布を表示することを特徴とする血液成分測定方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の血液成分測定方法であって、
前記酸素の分布は検出した前記光スペクトル及び混合係数を用いて演算し、
前記混合係数は独立成分分析を行って演算することを特徴とする血液成分測定方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の血液成分測定方法であって、
前記混合係数は過去に算出した前記混合係数を再度利用することを特徴とする血液成分測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、血液成分測定装置および血液成分測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
血管狭窄や血管閉塞により虚血状態になると、生体の細胞に酸素や栄養分が供給されなくなり様々な弊害が起こる。眼底の血管においても同様であり、眼底における血管でも酸素不足や栄養不足になると網膜や脈絡膜、視神経に損傷を及ぼす。
【０００３】
眼底の血管を検査する装置が特許文献１に開示されている。それによると、被検体に蛍光剤を静注する。これにより、眼底の血管に蛍光剤が達して蛍光を発する。初期段階においては、蛍光剤は眼底の端部の血管に達する。この眼底から発せられた蛍光を撮像装置で撮影し、血管の光量を検出する。検出された光量の値が、予め設定された光量の値以上の場合は、キセノンランプを発光させ、眼底血管を撮影していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２５９２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では眼底の血管画像を撮影できる。しかし、血管中の血液に含まれる酸素を観察することはできない。血液中の酸素が少ないときは、細胞に供給される酸素量が少なくなる。このとき、眼底では網膜や脈絡膜、神経等の細胞が損傷する。眼底の血液における酸素量の分布を知る事は疾患の有無や予兆を捉える上で極めて重要である。そこで、眼底の血管における酸素の分布を測定できる血液成分測定装置が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］
本適用例にかかる血液成分測定装置であって、血管網における複数個所の光スペクトルを検出するスペクトル検出部と、前記光スペクトルを用いて血液中に含まれる酸素の分布を演算する演算部と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
本適用例によれば、スペクトル検出部が血管網における複数個所の光スペクトルを検出する。そして、演算部が光スペクトルを用いて血液中に含まれる酸素の分布を演算する。血管網は動脈と静脈との間に位置し、動脈に近い場所では血液中に含まれる酸素が多く、静脈に近い場所では血液中に含まれる酸素が少ない分布となる。血管網または動脈に問題があるときや血中酸素量が少ないとき、血管網において血液中に含まれる酸素が少ない領域が広くなる。本適用例では演算部が光スペクトルのデータを用いて血液中に含まれる酸素の分布を演算している。光スペクトルは血液中の酸素化ヘモグロビン及び還元ヘモグロビンの量にともなって変動する。従って、演算部が演算した結果を用いて、血管網において血液中に含まれる酸素の状況を検出することができる。
【０００９】
［適用例２］
上記適用例にかかる血液成分測定装置において、前記血液中に含まれる酸素の分布は、酸素化ヘモグロビン、還元ヘモグロビンまたは酸素飽和度の分布であることを特徴とする。
【００１０】
本適用例によれば、血液中に含まれる酸素の分布は、酸素化ヘモグロビン、還元ヘモグロビンまたは酸素飽和度の分布である。酸素の分布に酸素化ヘモグロビンの分布を用いるとき、血管網に酸素が行き渡る分布を検出することができる。酸素の分布に還元ヘモグロビンの分布を用いるとき、血管網に酸素が不足している場所の分布を検出することができる。酸素の分布に酸素飽和度の分布を用いるとき、血管網で酸素が飽和している程度の分布を検出することができる。観測者が３つの分布から血液中に含まれる酸素の分布を観測し易い分布を選択して用いることができる。
【００１１】
［適用例３］
上記適用例にかかる血液成分測定装置において、血液中に含まれる酸素の分布を表示する表示部を備え、前記表示部は酸素化ヘモグロビン、還元ヘモグロビンまたは酸素飽和度の分布を表示することを特徴とする。
【００１２】
本適用例によれば、血液成分測定装置は血液中に含まれる酸素の分布を表示する表示部を備えている。そして、表示部は酸素化ヘモグロビン、還元ヘモグロビンまたは酸素飽和度の分布を表示する。従って、観測者は表示部を確認して容易に血液中に含まれる酸素の分布を観測することができる。
【００１３】
［適用例４］
上記適用例にかかる血液成分測定装置において、前記スペクトル検出部は眼底の光スペクトルを検出し、前記演算部が演算する対象の光の波長は４５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００１４】
本適用例によれば、スペクトル検出部は眼底の光スペクトルを検出し、演算部が演算する対象の光の波長は４５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下である。波長が４５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の光は眼底表面における血管網の状態を反映する。従って、眼底表面における血管網における血液中に含まれる酸素の分布を観測することができる。
【００１５】
［適用例５］
上記適用例にかかる血液成分測定装置において、前記スペクトル検出部は眼底の光スペクトルを検出し、前記演算部が演算する対象の光の波長は６００ｎｍ以上８００ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００１６】
本適用例によれば、スペクトル検出部は眼底の光スペクトルを検出し、演算部が演算する対象の光の波長は６００ｎｍ以上８００ｎｍ以下である。波長が６００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の光は眼底表面より組織内部側の血管網の状態を反映する。従って、眼底表面より組織内部側の血管網における血液中に含まれる酸素の分布を観測することができる。
【００１７】
［適用例６］
上記適用例にかかる血液成分測定装置において、前記スペクトル検出部は分光カメラを有し、前記分光カメラは複数の波長の画像を撮影することを特徴とする。
【００１８】
本適用例によれば、スペクトル検出部は分光カメラを有している。そして、分光カメラは複数の波長の画像を撮影する。従って、スペクトル検出部は血管網における複数個所の光スペクトルを検出することができる。
【００１９】
［適用例７］
上記適用例にかかる血液成分測定装置において、前記分光カメラは眼底を撮影する光学系を有することを特徴とする。
【００２０】
本適用例によれば、分光カメラは眼底を撮影する光学系を有する。従って、分光カメラは眼底の明瞭な映像を撮影することができる。
【００２１】
［適用例８］
上記適用例にかかる血液成分測定装置において、前記演算部は酸素化ヘモグロビン及び還元ヘモグロビンの光スペクトルの真値と独立成分分析から算出された独立成分スペクトルとの相互相関係数を演算し、相互相関係数の大きさから酸素化ヘモグロビンの独立成分スペクトルおよび還元ヘモグロビンの独立成分スペクトルを判別することを特徴とする。
【００２２】
本適用例によれば、演算部は酸素化ヘモグロビンの独立成分スペクトルおよび還元ヘモグロビンの独立成分スペクトルを確実に判別することができる。
【００２３】
［適用例９］
上記適用例にかかる血液成分測定装置において、前記分光カメラは可変波長フィルターを備えることを特徴とする。
【００２４】
本適用例によれば、分光カメラは可変波長フィルターを備えている。従って、可変波長フィルターにより分光カメラは特定の波長の画像を検出することができる。
【００２５】
［適用例１０］
上記適用例にかかる血液成分測定装置において、前記可変波長フィルターはファブリ・ペロー型であることを特徴とする。
【００２６】
本適用例によれば、分光カメラはファブリ・ペロー型の可変波長フィルターを備えている。従って、可変波長フィルターにより分光カメラは特定の波長の画像を検出することができる。
【００２７】
［適用例１１］
上記適用例にかかる血液成分測定装置において、前記スペクトル検出部は前記血管網に光を照射する光源ユニットを備え、前記光源ユニットは可変波長フィルターを備えることを特徴とする。
【００２８】
本適用例によれば、光源ユニットは可変波長フィルターを備えている。従って、可変波長フィルターによりスペクトル検出部は特定の波長の画像を検出することができる。
【００２９】
［適用例１２］
上記適用例にかかる血液成分測定装置において、前記光源ユニットの前記可変波長フィルターはファブリ・ペロー型であることを特徴とする。
【００３０】
本適用例によれば、光源ユニットはファブリ・ペロー型の可変波長フィルターを備えている。従って、可変波長フィルターによりスペクトル検出部は特定の波長の画像を検出することができる。
【００３１】
［適用例１３］
本適用例にかかる血液成分測定方法であって、スペクトル検出部が血管網における複数個所の光スペクトルを検出し、演算部が前記光スペクトルを用いて血液中に含まれる酸素の分布を演算し、表示部が血液中に含まれる酸素の分布を表示することを特徴とする。
【００３２】
本適用例によれば、スペクトル検出部が血管網における複数個所の光スペクトルを検出する。次に、演算部が光スペクトルを用いて血液中に含まれる酸素の分布を演算する。続いて、表示部が血液中に含まれる酸素の分布を表示する。従って、演算部が演算した結果を用いて、血管網において血液中に含まれる酸素の状況を容易に観察することができる。
【００３３】
［適用例１４］
上記適用例にかかる血液成分測定方法において、前記酸素の分布は検出した前記光スペクトル及び混合係数を用いて演算し、前記混合係数は独立成分分析を行って演算することを特徴とする。
【００３４】
本適用例によれば、酸素の分布は検出した光スペクトル及び混合係数を用いて演算する。そして、混合係数は独立成分分析を行って演算している。従って、混合係数を精度良く演算して酸素の分布を精度良く測定することができる。
【００３５】
［適用例１５］
上記適用例にかかる血液成分測定方法において、前記混合係数は過去に算出した前記混合係数を再度利用することを特徴とする。
【００３６】
本適用例によれば、酸素の分布は検出した光スペクトル及び混合係数を用いて演算する。そして、混合係数は過去に用いた混合係数を再度利用する。従って、混合係数を演算する時間を省略して効率良く測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】血液成分測定装置の構成を示すブロック図。
【図２】血液成分測定方法のフローチャート。
【図３】血液成分測定方法を説明するための図。
【図４】血液成分測定方法を説明するための図。
【図５】血液成分測定方法を説明するための図。
【図６】血液成分測定方法を説明するための図。
【図７】血液成分測定方法を説明するための図。
【図８】血液成分測定方法を説明するための図。
【図９】血液成分測定方法を説明するための図。
【図１０】血液成分測定方法を説明するための図。
【図１１】血液成分測定方法を説明するための図。
【図１２】血液成分測定方法を説明するための図。
【図１３】血液成分測定方法を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、実施形態について図面に従って説明する。尚、各図面における各部材は、各図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各部材毎に縮尺を異ならせて図示している。
【００３９】
（実施形態）
本実施形態では、血液成分測定装置と、この血液成分測定装置を用いて血液の酸素濃度分布を分析する、血液成分測定方法との特徴的な例について、図に従って説明する。実施形態にかかわる血液成分測定装置について図１に従って説明する。図１は、血液成分測定装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、血液成分測定装置１はスペクトル検出部２及び演算部３を備えている。
【００４０】
スペクトル検出部２は被検者４の眼球５に照明光６を当てて眼底５ａの画像を撮影する部位である。スペクトル検出部２は波長の異なる反射光における画像を撮影して、画像データを演算部３に出力する。演算部３は画像データを用いて血液の酸素濃度分布を分析する。スペクトル検出部２は光源ユニット７及び分光カメラ８を備えている。光源ユニット７は照明光６を射出する。分光カメラ８は反射光を入光して画像データを出力する。
【００４１】
光源ユニット７は光源部９、可変波長フィルターとしての第１フィルター１０及び第１ミラー１１を備えている。光源部９が射出する照明光６は、測定波長帯域で分光特性に急峻なスペクトルピークが無い事が望ましく、ハロゲンランプや白熱灯、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）等を用いる事ができる。光源部９にはコリメーターレンズを入れて照明光６を平行光にしても良い。光源部９が射出する照明光６は第１フィルター１０を通過する。第１フィルター１０は波長選択フィルターである。第１フィルター１０は測定に必要な波長の照明光６だけを通過させる。更に、限定した領域のみに光を照射するためにレンズやアパーチャを用いても良い。
【００４２】
第１フィルター１０を通過した照明光６は第１ミラー１１にて反射される。分光カメラ８には第２ミラー１２及び光学系としての接眼レンズ１３が設置されている。第１ミラー１１にて反射した照明光６は第２ミラー１２にて反射し接眼レンズ１３を通過して眼底５ａを照射する。第１ミラー１１及び第２ミラー１２により照明光６の光路が設定されている。そして、接眼レンズ１３は眼底５ａの所定の範囲に照明光６が照射されるように光の広がりを調整する。
【００４３】
分光カメラ８には第２ミラー１２及び接眼レンズ１３の他にも第３ミラー１４、第４ミラー１５、可変波長フィルターとしての第２フィルター１６、撮像素子アレイ１７及び信号変換部１８が設置されている。照明光６は眼底５ａの生体組織中を散乱しながら進行し一部の光は反射方向に射出される透過反射光となる。この透過反射光を反射光２１と称す。眼底５ａにて反射した反射光２１は接眼レンズ１３を通過し第３ミラー１４にて反射する。さらに、反射光２１は第４ミラー１５にて反射して第２フィルター１６を通過する。さらに、反射光２１は撮像素子アレイ１７に入力する。
【００４４】
反射光２１は接眼レンズ１３により集光され撮像素子アレイ１７上にて結像する。分光カメラ８は接眼レンズ１３により眼底５ａの明瞭な映像を撮影することができる。第２フィルター１６は第１フィルター１０と同様のフィルターであり測定に必要な波長の反射光２１だけを通過させる。従って、第１フィルター１０及び第２フィルター１６により分光カメラ８は特定の波長の画像を検出することができる。
【００４５】
第１フィルター１０及び第２フィルター１６は通過する光の波長を選択する波長選択フィルターである。第１フィルター１０及び第２フィルター１６には任意の透過波長を選択できる可変波長フィルターであるファブリペローチューナブルフィルター（ＦＰＴＦ）や液晶チューナブルフィルター（ＬＣＴＦ）、光音響チューナブルフィルター（ＡＯＴＦ）を用いても良い。更に、波長固定の波長選択フィルターと任意の透過波長を選択できる波長選択フィルターを組合せても良い。
【００４６】
撮像素子アレイ１７はフォトダイオードや焦電素子等の撮像素子がマトリックス状に配置されたものである。撮像素子アレイ１７には受光する反射光２１をアナログ電気信号に変換するＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅｓ）イメージセンサーやＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサー等を用いることができる。撮像素子アレイ１７における撮像素子の素子数は特に限定されないが本実施形態では、例えば、縦２００画素、横２００画素の４万画素になっている。
【００４７】
撮像素子アレイ１７は変換したアナログ電気信号を信号変換部１８に出力する。信号変換部１８は信号変換手段を備え、アナログ電気信号をデジタル信号に変換する。そして、信号変換部１８はデジタル信号を演算部３に出力する。
【００４８】
眼底５ａには血管網が存在し、分光カメラ８は眼底５ａを撮影する。接眼レンズ１３は眼底５ａを撮影する光学系になっている。分光カメラ８は血管網のある場所及び血管網のない場所から反射する反射光２１を受光する。そして、第１フィルター１０及び第２フィルター１６が通過する光の波長を変えて撮影することにより分光カメラ８は所定の波長の画像を撮影する。分光カメラ８は複数の撮像素子を備えており、各撮像素子は複数個所から反射した反射光２１を入力する。従って、スペクトル検出部２は複数個所の光スペクトルを検出して出力する。
【００４９】
演算部３はプロセッサーとして各種の演算処理を行うＣＰＵ２２（中央演算処理装置）と、各種情報を記憶するメモリー２３とを備えている。光源ユニット７、分光カメラ８、入力装置２４、表示部としての表示装置２５は入出力インターフェイス２６及びデータバス２７を介してＣＰＵ２２に接続されている。
【００５０】
入力装置２４はキーボードや回転つまみ等から構成されている。観測者は入力装置２４を操作して血液成分測定装置１の作業開始指示や各種の指示入力を行う。表示装置２５はＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）やＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）等の表示装置である。表示装置２５には作業の状況や測定結果等が表示される。
【００５１】
メモリー２３は、ＲＡＭ、ＲＯＭ等といった半導体メモリーや、ハードディスク、ＤＶＤ−ＲＯＭといった外部記憶装置を含む概念である。機能的には、血液成分測定装置１の動作の制御手順が記述されたプログラムソフト２８を記憶する記憶領域や、分光カメラ８が撮影した画像のデータである画像データ２９を記憶するための記憶領域が設定される。他にも、各画素におけるスペクトルから独立成分を分析した結果のデータである独立成分データ３０を記憶するための記憶領域が設定される。さらに、独立成分データから酸素化ヘモグロビン及び還元ヘモグロビンのスペクトルと独立成分データのスペクトルとの相関を演算した相関係数のデータである相関係数データ３１を記憶するための記憶領域が設定される。
【００５２】
さらに、測定データのスペクトルと独立成分データのスペクトルとを内積した結果である内積値と酸素化ヘモグロビン及び還元ヘモグロビンの含有量との関係を示す検量線のデータである検量線データ３２を記憶するための記憶領域が設定される。さらに、酸素化ヘモグロビン及び還元ヘモグロビンの含有量の分布を示すデータである酸素分布データ３３を記憶するための記憶領域が設定される。さらに、表示装置２５に表示する画像を演算した演算結果のデータである表示画像データ３４を記憶するための記憶領域が設定される。他にも、ＣＰＵ２２のためのワークエリアやテンポラリーファイル等として機能する記憶領域やその他各種の記憶領域が設定される。
【００５３】
ＣＰＵ２２は、メモリー２３内に記憶されたプログラムソフト２８に従って、分光カメラ８が出力する光スペクトルを用いて血液中に含まれる酸素の分布を演算するものである。具体的な機能実現部としてＣＰＵ２２は制御部３５を有する。制御部３５は測定手順に従ってスペクトルデータを検出する制御光スペクトルを用いて血液中に含まれる酸素の分布を演算する制御を行う。
【００５４】
他にも、ＣＰＵ２２は前処理部３６を有する。前処理部３６はスペクトル検出部２が出力した光スペクトルデータを正規化する処理及び白色化をする処理を行う。他にも、ＣＰＵ２２は独立成分分析部３７を有する。独立成分分析部３７は前処理をしたスペクトルのデータから独立成分を算出する。
【００５５】
他にも、ＣＰＵ２２は相関係数演算部３８を有する。相関係数演算部３８は算出された独立成分のスペクトルと酸素化ヘモグロビン及び還元ヘモグロビンのスペクトルとの相互相関を演算する。そして、独立成分のスペクトルのうち酸素化ヘモグロビンに対応するスペクトル及び還元ヘモグロビンに対応するスペクトルを選択する。このスペクトルは波長に対する混合係数の分布を示す。
【００５６】
さらに、ＣＰＵ２２は含有量演算部４１を有する。含有量演算部４１は酸素化ヘモグロビン及び還元ヘモグロビンの含有量を演算する。このとき、含有量演算部４１は検出した光スペクトル及び波長に対する混合係数の分布を用いて酸素の分布を演算する。他にも、ＣＰＵ２２は表示画像演算部４２を有する。表示画像演算部４２は酸素化ヘモグロビン及び還元ヘモグロビンの含有量の分布を示す画像を演算する。
【００５７】
尚、本実施形態では、上記の各機能がＣＰＵ２２を用いてプログラムソフトで実現することとしたが、上記の各機能がＣＰＵ２２を用いない単独の電子回路によって実現できる場合には、そのような電子回路を用いることも可能である。
【００５８】
次に上述した血液成分測定装置１が眼底５ａの血液成分測定する方法について図に従って説明する。図２は、血液成分測定方法のフローチャートである。図２において、ステップＳ１は撮像工程である。この工程は、スペクトル検出部２が血管網における複数個所の光スペクトルを検出する工程である。次にステップＳ２に移行する。ステップＳ２は分析判断工程である。この工程は、独立成分分析を行うか否かを判断する工程である。混合係数のデータがないときには独立成分分析を行って混合係数を演算する。混合係数は過去に用いた混合係数を再度利用するときには独立成分分析を行なわない。独立成分分析を行うときには次にステップＳ３に移行する。独立成分分析を行わないときには次にステップＳ４に移行する。
【００５９】
ステップＳ３は独立成分分析工程である。この工程では、まず、スペクトルデータに前処理を施す。次に、独立成分分析の演算を行う。独立成分分析により混合係数を演算する。次にステップＳ４に移行する。ステップＳ４は酸素分布演算工程である。この工程は、演算部３が光スペクトル及び混合係数を用いて血液中に含まれる酸素の分布を演算する工程である。血液中に含まれる酸素の分布は、酸素化ヘモグロビン、還元ヘモグロビン及び酸素飽和度の分布である。次にステップＳ５に移行する。ステップＳ５は表示工程である。この工程は、表示装置２５が血液中に含まれる酸素の分布を表示する工程である。以上の工程により血液成分測定する工程を終了する。
【００６０】
次に、図１、図３〜図１３を用いて、図２に示したステップと対応させて、血液成分測定方法を詳細に説明する。図３〜図１３は血液成分測定方法を説明するための図である。
【００６１】
図１、図３〜図４はステップＳ１の撮像工程に対応する図である。ステップＳ１では図１に示す制御部３５がスペクトル検出部２を制御する。そして、スペクトル検出部２が眼底５ａを撮影する。まず、光源部９が照明光６を射出する。そして、制御部３５は第１フィルター１０及び第２フィルター１６が通過させる波長を設定する。本実施形態では、例えば、制御部３５は波長を４５０ｎｍ〜８００ｎｍまで５ｎｍ間隔で変更する。これにより、第１フィルター１０及び第２フィルター１６は所定の波長のみ通過する光フィルターになる。
【００６２】
第１フィルター１０を通過した照明光６は第１ミラー１１及び第２ミラー１２を反射し接眼レンズ１３にて集光され眼底５ａを照射する。照明光６は眼底５ａを進行して乱反射する。そして、一部の照明光６は眼底５ａにて吸光される。一部の照明光６は接眼レンズ１３に向かって進行して反射光２１となる。
【００６３】
反射光２１は接眼レンズ１３及び第２ミラー１２を通過して第３ミラー１４及び第４ミラー１５にて反射する。そして、反射光２１は第２フィルター１６を通過する。第２フィルター１６により外乱光の一部が除去される。反射光２１の主成分は眼底５ａにて反射した光になっている。次に、反射光２１は撮像素子アレイ１７に入力する。
【００６４】
撮像素子アレイ１７の各画像素子は反射光２１の光量に対応した電圧を出力する。そして、信号変換部１８が電圧値をデジタルデータに変換して演算部３に出力する。信号変換部１８が出力するデータは眼底５ａにて反射した分光反射率のデータである。次に、制御部３５は第１フィルター１０及び第２フィルター１６が通過する光の波長を変更する。そして、撮像素子アレイ１７及び信号変換部１８が反射光２１の光量に対応した分光反射率のデータを演算部３に出力する。分光カメラ８は波長が４５０ｎｍ〜８００ｎｍまでの各波長における画像データを撮影する。画像データには画素毎に各波長に対する分光反射率のスペクトルデータが構成されている。各波長に対する分光反射率のスペクトルデータが光スペクトルに相当する。
【００６５】
制御部３５は分光反射率のスペクトルを吸光度のスペクトルに変換する。分光反射率のスペクトルにおける反射率と吸光度のスペクトルにおける吸光度とには（式１）の関係が成り立つ。
【００６６】
［吸光度］＝−ｌｏｇ10［反射率］            （式１）
【００６７】
図３は分光カメラ８が撮影した画像の例である。図３に示すように、撮影画像４３には枝状に延びた血管像４４が表示されている。そして、血管像４４の間の部分は血管網像４５になっている。
【００６８】
図４は撮影画像４３における所定の場所における吸光度スペクトルの例を示す。図４において、横軸は波長を示し右側が左側より長い波長になっている。縦軸は吸光度を示し、上側が下側より高い吸光度になっている。そして、スペクトル分布線４６は各波長における吸光度を示している。
【００６９】
ステップＳ２の分析判断工程では、独立成分分析を行うか否かの判断を行う。過去にステップＳ３の独立成分分析工程を行っているとき混合係数のデータがあるので、そのデータを再利用して用いることができる。そして、ステップＳ３を省略することができるので、混合係数を演算する時間を省略して効率良く測定することができる。測定条件の変動等の理由により新たにステップＳ３を行っても良い。
【００７０】
図５〜図８はステップＳ３の独立成分分析工程に対応する図である。ステップＳ３において、前処理部３６が前処理として吸光度スペクトルに標準正規変量変換を施す。標準正規変量変換は、まず、吸光度スペクトルのデータの平均値及び標準偏差を演算する。次に、吸光度スペクトルのデータから平均値を減算する。次に、標準偏差にて除算する。この演算により吸光度スペクトルのデータは平均値が０で標準偏差が１である正規化されたデータになる。
【００７１】
次に、前処理部３６が正規化されたデータに前処理として零空間射影法を施しても良い。零空間射影法は正規化されたデータに含まれるベースライン変動を除く処理である。その結果、図５に示す正規化スペクトル分布線４７が得られる。他にも、前処理として白色化処理を行っても良い。
【００７２】
次に、独立成分分析部３７が独立成分分析を行う。吸光度のスペクトルについてはランベルト・ベールの法則により吸光度の線形結合が成立する。従って、吸光度のスペクトルに独立成分分析を行うことができる。独立成分分析の演算は公知であり、詳細な説明を省略する。概要としては、ステップＳ１で測定した各測定場所の正規化スペクトル分布線４７のデータを用いて分離行列を演算する。分離行列の演算にはＩｎｆｏｍａｘ、ＦａｓｔＩＣＡ（Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  ａｎａｌｙｓｉｓ）、ＪＡＤＥ等のいずれかのアルゴリズムを用いることができる。次に、分離行列と、各スペクトルデータとに基づいて、独立成分行列を算出する。各スペクトルデータと独立成分行列とに基づいて推定混合行列を演算する。
【００７３】
次に、相関係数演算部３８が相関係数の演算を行う。推定混合行列の各列を吸光係数のスペクトルとする。そして、各吸光係数のスペクトルと酸素化ヘモグロビンの吸光係数のスペクトルとの相互相関係数の演算を行う。そして、相互相関係数が最も高い列に対応する吸光係数のスペクトルを酸素化ヘモグロビンの混合係数スペクトルとする。混合係数のスペクトルは各波長における混合係数の分布を示す。
【００７４】
同様に、各吸光係数のスペクトルと還元ヘモグロビンの吸光係数のスペクトルとの相互相関係数の演算を行う。そして、相互相関係数が最も高い列に対応する吸光係数のスペクトルを還元ヘモグロビンの混合係数スペクトルとする。図６に示す第１スペクトル線４８が酸素化ヘモグロビンの吸光係数のスペクトルの例である。そして、第２スペクトル線４９が還元ヘモグロビンの吸光係数のスペクトルの例である。
【００７５】
第１スペクトル線４８が酸素化ヘモグロビンの真値に相当し、第２スペクトル線４９が還元ヘモグロビンの真値に相当する。そして、独立成分分析部３７が算出した各吸光係数のスペクトルが独立成分スペクトルに相当する。相関係数演算部３８が相関係数の演算を行う。そして、第１スペクトル線４８と相互相関係数の高い吸光係数のスペクトルを酸素化ヘモグロビンの混合係数スペクトルとする。同様に、第２スペクトル線４９と相互相関係数の高い吸光係数のスペクトルを還元ヘモグロビンの混合係数スペクトルとする。尚、混合係数スペクトルは独立成分スペクトルとも称す。つまり、相関係数演算部３８は相互相関係数の大きさから酸素化ヘモグロビンの独立成分スペクトルおよび還元ヘモグロビンの独立成分スペクトルを判別する。この手順により、相関係数演算部３８は酸素化ヘモグロビンの独立成分スペクトルおよび還元ヘモグロビンの独立成分スペクトルを確実に判別することができる。
【００７６】
図７に示す第１成分スペクトル線５０が酸素化ヘモグロビンの混合係数スペクトルの例である。そして、第２成分スペクトル線５１が還元ヘモグロビンの混合係数スペクトルの例である。第１成分スペクトル線５０及び第２成分スペクトル線５１はマウスを用いたときの例であり波長は４５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下のスペクトルを示している。光の波長が４５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下のとき、眼底表面における血管網における血液中に含まれる酸素の分布を観測することができる。
【００７７】
図８に示す第１成分スペクトル線５２が酸素化ヘモグロビンの混合係数スペクトルの例である。そして、第２成分スペクトル線５３が還元ヘモグロビンの混合係数スペクトルの例である。第１成分スペクトル線５２及び第２成分スペクトル線５３はマウスを用いたときの例であり反射光２１の波長が６００ｎｍ以上８００ｎｍ以下のスペクトルを示している。反射光２１の波長が６００ｎｍ以上８００ｎｍ以下のとき、眼底表面より組織内部側の血管網における血液中に含まれる酸素の分布を観測することができる。
【００７８】
図９及び図１０はステップＳ４の酸素分布演算工程に対応する図である。ステップＳ４において、含有量演算部４１は測定した反射光２１の波長が４５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下のときの撮影した各画素における酸素化ヘモグロビン、還元ヘモグロビン、酸素飽和度を演算する。まず、酸素化ヘモグロビンの量を演算する。図９に示すように、正規化スペクトル分布線４７と第１成分スペクトル線５０との内積を演算する。この内積は線形代数学における内積である。詳しくは、正規化スペクトル分布線４７及び第１成分スペクトル線５０の同じ波長における値を掛け算し、掛け算した結果を積算したものである。この演算結果を酸素化ヘモグロビンの内積値とする。内積値は混合係数に対する内積値である。
【００７９】
図１０に示すように内積値と酸素化ヘモグロビン含有量とは検量線５４に示す線形の関係がある。検量線５４を用いて酸素化ヘモグロビン含有量を演算する。酸素化ヘモグロビン含有量は測定した成分の中で酸素化ヘモグロビンが占める割合を示す。同様に、正規化スペクトル分布線４７と第２成分スペクトル線５１との内積を演算する。この演算結果を還元ヘモグロビンの内積値とする。さらに、還元ヘモグロビンの検量線を用いて還元ヘモグロビン含有量を演算する。還元ヘモグロビン含有量は測定した成分の中で還元ヘモグロビンが占める割合を示す。さらに、酸素化ヘモグロビンの内積値と還元ヘモグロビンの内積値の比を計算し、酸素飽和度とする。酸素飽和度は酸素分圧とも称す。
【００８０】
さらに、含有量演算部４１は測定した反射光２１の波長が６００ｎｍ以上８００ｎｍ以下のときの第１成分スペクトル線５２及び第２成分スペクトル線５３を用いて同様に酸素化ヘモグロビン含有量、還元ヘモグロビン含有量及び酸素飽和度を演算する。
【００８１】
図１１〜図１３はステップＳ５の表示工程に対応する図である。図１１に酸素化ヘモグロビン分布図５５を示す。表示画像演算部４２は表示する酸素化ヘモグロビン分布図５５の映像を演算して表示装置２５に出力する。酸素化ヘモグロビン分布図５５は血液中に含まれる酸素の分布を表示する。詳しくは、酸素化ヘモグロビン分布図５５は撮影画像４３に重ねて酸素化ヘモグロビンの分布を表示する。酸素化ヘモグロビンの分布は各画素における酸素化ヘモグロビン含有量を色で表示したものである。酸素化ヘモグロビン含有量に対応する色が設定されている。酸素化ヘモグロビン含有量が高い場所から低い場所を４段階に分けている。そして、酸素化ヘモグロビン含有量が高い方から低い方に向けて各場所の色が黄色、赤色、紫色、青色の順に設定されている。表示装置２５はカラー表示が可能であり場所毎に色を変えて表示している。
【００８２】
図中では各場所の色毎にハッチングを変えて表示されている。図中の領域は酸素化ヘモグロビン含有量が高い方から低い方の順に第１領域５５ａ、第２領域５５ｂ、第３領域５５ｃ、第４領域５５ｄになっている。そして、表示装置２５では第１領域５５ａが黄色、第２領域５５ｂが赤色、第３領域５５ｃが紫色、第４領域５５ｄが青色に表示されている。観測者は酸素化ヘモグロビン分布図５５を見るとき酸素化ヘモグロビンの分布を容易に理解できる。
【００８３】
図１２に還元ヘモグロビン分布図５６を示す。表示画像演算部４２は表示する還元ヘモグロビン分布図５６の映像を演算して表示装置２５に出力する。還元ヘモグロビン分布図５６は血液中に含まれる酸素の分布を表示する。詳しくは、還元ヘモグロビン分布図５６は撮影画像４３に重ねて還元ヘモグロビンの分布を表示する。還元ヘモグロビンの分布は各画素における還元ヘモグロビン含有量を色で表示したものである。還元ヘモグロビン含有量に対応する色が設定されている。還元ヘモグロビン含有量が高い場所から低い場所を４段階に分けている。そして、還元ヘモグロビン含有量が高い方から低い方に向けて各場所の色が黄色、赤色、紫色、青色の順に設定されている。表示装置２５はカラー表示が可能であり場所毎に色を変えて表示している。
【００８４】
図中では各場所の色毎にハッチングを変えて表示されている。図中の領域は還元ヘモグロビン含有量が高い方から低い方の順に第１領域５６ａ、第２領域５６ｂ、第３領域５６ｃ、第４領域５６ｄになっている。そして、表示装置２５では第１領域５６ａが黄色、第２領域５６ｂが赤色、第３領域５６ｃが紫色、第４領域５６ｄが青色に表示されている。観測者は還元ヘモグロビン分布図５６を見るとき還元ヘモグロビンの分布を容易に理解できる。
【００８５】
図１３に酸素飽和度分布図５７を示す。表示画像演算部４２は表示する酸素飽和度分布図５７の映像を演算して表示装置２５に出力する。酸素飽和度分布図５７は血液中に含まれる酸素化ヘモグロビンとの比の分布を表示する。詳しくは、酸素飽和度分布図５７は撮影画像４３に重ねて酸素飽和度の分布を表示する。酸素飽和度の分布は各画素における酸素飽和度を色で表示したものである。酸素飽和度に対応する色を設定する。酸素飽和度が高い場所から低い場所を４段階に分けている。そして、酸素飽和度が高い方から低い方に向けて各場所の色が黄色、赤色、紫色、青色の順に設定されている。表示装置２５はカラー表示が可能であり場所毎に色を変えて表示している。
【００８６】
図中では各場所の色毎にハッチングを変えて表示されている。図中の領域は酸素飽和度が高い方から低い方の順に第１領域５７ａ、第２領域５７ｂ、第３領域５７ｃ、第４領域５７ｄになっている。そして、表示装置２５では第１領域５７ａが黄色、第２領域５７ｂが赤色、第３領域５７ｃが紫色、第４領域５７ｄが青色に表示されている。観測者は酸素飽和度分布図５７を見るとき酸素飽和度の分布を容易に理解できる。
【００８７】
観測者は、酸素化ヘモグロビン分布図５５、還元ヘモグロビン分布図５６及び酸素飽和度分布図５７を表示装置２５の一画面に表示して参照する。他にも、酸素化ヘモグロビン分布図５５、還元ヘモグロビン分布図５６及び酸素飽和度分布図５７の１つの画面を選択して参照しても良い。眼底５ａに潜む異常な部位を発見し易い画面を用いることができる。
【００８８】
反射光２１の波長が４５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下のスペクトルを用いて測定した酸素化ヘモグロビン分布図５５、還元ヘモグロビン分布図５６及び酸素飽和度分布図５７を表示装置２５が表示する。この波長のとき反射光２１は眼底表面の血管網で反射した成分の比率が高い。観測者はこの分布図を見て、眼底表面の血管網における血液中に含まれる酸素の分布を観測することができる。
【００８９】
さらに、反射光２１の波長が６００ｎｍ以上８００ｎｍ以下のスペクトルを用いて測定した酸素化ヘモグロビン分布図５５、還元ヘモグロビン分布図５６及び酸素飽和度分布図５７を表示装置２５が表示する。この波長のとき反射光２１は眼底表面より組織内部側の血管網で反射した成分の比率が高い。観測者はこの分布図を見て、眼底表面より組織内部側の血管網における血液中に含まれる酸素の分布を観測することができる。
【００９０】
上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、スペクトル検出部２が血管網における複数個所の光スペクトルを検出する。そして、演算部３が光スペクトルを用いて血液中に含まれる酸素の分布を演算する。血管網は動脈と静脈との間に位置し、動脈に近い場所では血液中に含まれる酸素が多く、静脈に近い場所では血液中に含まれる酸素が少ない分布となる。血管網または動脈に問題があるときや血中酸素量が少ないとき、血管網において血液中に含まれる酸素が少ない領域が広くなる。本実施形態では演算部３が血液中に含まれる酸素の分布を演算している。従って、演算部３が演算した結果を用いて、血管網において血液中に含まれる酸素の状況を検出することができる。
【００９１】
（２）本実施形態によれば、演算部３が演算する血液中に含まれる酸素の分布は、酸素化ヘモグロビン、還元ヘモグロビンまたは酸素飽和度の分布である。酸素の分布に酸素化ヘモグロビンの分布を用いるとき、血管網に酸素が行き渡る分布を検出することができる。酸素の分布に還元ヘモグロビンの分布を用いるとき、血管網に酸素が不足している場所の分布を検出することができる。酸素の分布に酸素飽和度の分布を用いるとき、血管網で酸素が飽和している程度の分布を検出することができる。観測者が３つの分布から血液中に含まれる酸素の分布を観測し易い分布を選択して用いることができる。
【００９２】
（３）本実施形態によれば、血液成分測定装置１は血液中に含まれる酸素の分布を表示する表示装置２５を備えている。そして、表示装置２５は酸素化ヘモグロビン、還元ヘモグロビンまたは酸素飽和度の分布を表示する。従って、観測者は表示装置２５を確認して容易に血液中に含まれる酸素の分布を観測することができる。
【００９３】
（４）本実施形態によれば、スペクトル検出部２は眼底５ａの光スペクトルを検出し、演算部３が演算する対象の光の波長は４５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下である。従って、眼底表面における血管網における血液中に含まれる酸素の分布を観測することができる。
【００９４】
（５）本実施形態によれば、スペクトル検出部２は眼底５ａの光スペクトルを検出し、演算部３が演算する対象の光の波長は６００ｎｍ以上８００ｎｍ以下である。従って、眼底表面より組織内部側の血管網における血液中に含まれる酸素の分布を観測することができる。
【００９５】
（６）本実施形態によれば、スペクトル検出部２は分光カメラ８を有している。そして、分光カメラ８は所定の波長の画像を撮影する。従って、スペクトル検出部２は血管網における複数個所の光スペクトルを検出することができる。
【００９６】
（７）本実施形態によれば、分光カメラ８は眼底５ａを撮影する接眼レンズ１３を有する。従って、分光カメラ８は眼底５ａの明瞭な映像を撮影することができる。
【００９７】
（８）本実施形態によれば、スペクトル検出部２が血管網における複数個所の光スペクトルを検出する。次に、演算部３が光スペクトルを用いて血液中に含まれる酸素の分布を演算する。続いて、表示装置２５が血液中に含まれる酸素の分布を表示する。従って、演算部３が演算した結果を用いて、血管網において血液中に含まれる酸素の状況を容易に観察することができる。
【００９８】
（９）本実施形態によれば、酸素の分布は検出した光スペクトル及び混合係数を用いて演算する。そして、ステップＳ２の分析判断工程では混合係数は過去に用いた混合係数を再度利用するか否かを判断する。過去に用いた混合係数を再度利用するときには、混合係数を演算する時間を省略して効率良く測定することができる。
【００９９】
（１０）本実施形態によれば、酸素の分布は検出した光スペクトル及び混合係数を用いて演算する。そして、混合係数は独立成分分析を行って演算している。従って、混合係数を精度良く演算して精度良く測定することができる。
【０１００】
尚、本実施形態は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により種々の変更や改良を加えることも可能である。変形例を以下に述べる。
（変形例１）
前記実施形態では、第２フィルター１６と撮像素子アレイ１７とが別の構成になっていた。撮像素子アレイ１７の各画素に第２フィルター１６が設置された構成にしても良い。この形態の分光カメラ８においても各波長における画像を撮影することができる。
【０１０１】
（変形例２）
前記実施形態では、吸光スペクトルを用いて演算した。吸光スペクトルに代えて反射率スペクトルを用いて演算してもよい。この場合にも同様に、血液成分測定装置１は酸素化ヘモグロビン分布図５５、還元ヘモグロビン分布図５６及び酸素飽和度分布図５７を演算して表示装置２５に表示することができる。
【０１０２】
（変形例３）
前記実施形態では、血液成分測定装置１が眼底５ａにおける酸素分布を測定した。他にも、血液成分測定装置１が皮膚疾患の患者の皮膚を撮影してもよい。皮膚の炎症、皮膚がんを観察することができる。他にも、血液成分測定装置１に内視鏡を接続して胃腸を撮影してもよい。消化器系の炎症、がんを観察することができる。他にも、血液成分測定装置１が食品の表面を撮影してもよい。食品表面の糖質、脂質、蛋白等の成分を分析することができる。他にも、血液成分測定装置１がインクジェットプリンター用のインクを撮影してもよい。インクの成分を分析することができる。
【０１０３】
（変形例４）
前記実施形態では、ステップＳ３の独立成分分析工程にてスペクトルデータに前処理を施した。スペクトル検出部２における変動が小さいときには前処理を省いても良い。演算にかかる時間を短縮することができる。さらに、検量線５４を用いて内積値から酸素化ヘモグロビン含有量に変換する演算を削除しても良い。そして、酸素化ヘモグロビン分布図５５、還元ヘモグロビン分布図５６及び酸素飽和度分布図５７は内積値を用いて表示しても良い。演算にかかる時間を短縮することができる。
【０１０４】
（変形例５）
前記実施形態では、吸光度のスペクトルを用いて酸素含有量の演算を行った。分光反射率のスペクトルを用いて分析を行っても良い。反射率を吸光度に変換する演算にかかる時間を削減することができる。
【０１０５】
（変形例６）
前記実施形態では、演算部３が演算する対象の光の波長は４５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下と６００ｎｍ以上８００ｎｍ以下であった。光の波長は４５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下に代えて、２００ｎｍ以上６５０ｎｍ以下にしても良い。この場合にも眼底表面における血管網における血液中に含まれる酸素の分布を観測することができる。さらに、光の波長は６００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下でもよい。この場合にも眼底表面より組織内部側の血管網における血液中に含まれる酸素の分布を観測することができる。撮影する分光カメラ８の性能に合わせても良い。
【符号の説明】
【０１０６】
２…スペクトル検出部、３…演算部、５ａ…眼底、７…光源ユニット、８…分光カメラ、１０…可変波長フィルターとしての第１フィルター、１３…光学系としての接眼レンズ、１６…可変波長フィルターとしての第２フィルター、２５…表示部としての表示装置。
【図１】
2017153519.tif 000003
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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