(57)【要約】      （修正有）【課題】流体を含み、脈動や拍動などの動きを示す撮像対象をスペックルを利用して解析する場合であっても、撮像対象の動きに関係なく、流体の解析を行うことができる画像解析技術を提供する。【解決手段】撮像対象Ｏに対して波長が制御されたレーザ光を照射する光源１１と、光源から照射されるレーザ光の強度を変調する変調部１２と、レーザ光が照明された撮像対象の散乱光から得られるスペックル画像を撮像するスペックル画像撮像部１３と、光源による照射とスペックル画像撮像部による撮像とを同期させる同期部１４と、スペックル画像撮像部により撮像されたスペックル画像を解析する解析部１５と、を備える、画像解析装置１。【選択図】図２
2017170064.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像対象に対して波長が制御されたレーザ光を照射する光源と、
前記レーザ光の強度を変調する変調部と、
前記レーザ光が照明された前記撮像対象の散乱光から得られるスペックル画像を撮像するスペックル画像撮像部と、
前記レーザ光の照射とスペックル画像撮像部による撮像とを同期させる同期部と、
前記スペックル画像撮像部により撮像されたスペックル画像を解析する解析部と、
を備える、画像解析装置。
【請求項２】
更に、前記撮像対象の露光時間を制御する露光制御部と、を備える、請求項１記載の画像解析装置。
【請求項３】
前記光源は、前記撮像対象の露光時間内に前記レーザ光を照射する、請求項２記載の画像解析装置。
【請求項４】
前記露光制御部は、グローバルシャッタ方式である、請求項３記載の画像解析装置。
【請求項５】
前記露光制御部は、ローリングシャッタ方式である、請求項３記載の画像解析装置。
【請求項６】
前記撮像対象の露光時間は、３２．２ｍｓ以下である、請求項４又は５に記載の画像解析装置。
【請求項７】
前記光源は、分布帰還型半導体レーザ光源、又は、グレーティングフィードバック型半導体レーザ光源である、請求項６記載の画像解析装置。
【請求項８】
撮像対象に対して波長が制御されたレーザ光を照射する光照射工程と、
前記レーザ光の強度を変調する変調工程と、
前記レーザ光の照射とスペックル画像撮像部による撮像とを同期させる同期工程と、
前記レーザ光が照明された前記撮像対象の散乱光から得られるスペックル画像を撮像するスペックル画像撮像工程と、
前記スペックル画像撮像部により撮像されたスペックル画像を解析する解析工程と、
を含む、画像解析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、画像解析装置に関する。より詳しくは、撮像対象への光の照射によって発生するスペックルを利用する画像解析装置及び画像解析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、血管や細胞などといった生体試料の形状や構造等を把握するため、光学的手法を用いた画像解析装置や画像解析方法が開発されている。
そして、血管等の流路を撮像対象とした、光学的手法を用いたイメージング技術においては、様々なノイズの発生が検出精度の低下をもたらすことが懸念されており、そのノイズの一つとして、スペックルが知られている。スペックルは、照射面の凹凸形状に応じて、照射面上に斑点状のパターンが出現する現象である。近年では、ノイズの一つであるスペックルを利用した血管等の流路を撮像する方法に関しても技術が開発されつつある。
【０００３】
ところで、スペックルは、光路中の散乱等によるランダムな干渉・回折パターンである。また、スペックルの大小は、強度分布の標準偏差を強度分布の平均で割った値であるスペックルコントラストという指標で表される。コヒーレント光を用いて照明された撮像対象を、結像光学系を用いて観察すると、像面で撮像対象の散乱によるスペックルが観測される。そして、撮像対象が動いたり形状変化したりすると、それに応じたランダムなスペックルパターンが観測される。
【０００４】
血液のような光散乱流体を観察すると、流れによる微細形状の変化によってスペックルパターンは刻一刻と変化する。その際、像面に撮像素子を設置し、スペックルパターンの変化よりも十分長い露光時間で流体を撮影すると、血液の流れている部分、即ち血管の部分のスペックルコントラストは、時間平均化することにより減少する。このようなスペックルコントラストの変化を利用することで、血管造影を行うことができる。
【０００５】
このような前記スペックルを利用した画像解析技術としては、特許文献１に開示された血流計が知られている（特許文献１参照）。
この血流計は、レーザ光を生体組織の血球に照射する照射系と、生態組織からの反射光に基づく画像情報を光蓄積し、この光蓄積された画像情報を所定時間間隔で連続的に読み出すための固体撮像素子と、固体撮像素子から読み出された複数フレーム分の画像情報を順次記憶しこの記憶された各画像信号に基づいて前記血球の血流状態を演算するための血流計において、前記所定時間間隔より短い時間間隔で間欠的にレーザ光を照射するように構成したことを特徴とする。
【０００６】
更に、スペックルを利用した他の画像解析技術としては、特許文献２に開示された血流画像診断装置が知られている（特許文献２参照）。
この血流画像診断装置は、血球を有する生体組織の観察領域にレーザ光を照射するレーザ光照射系と、前記生体組織の観察領域からの反射光を検出する多数の画素からなる受光部を有する受光系と、前記受光部からの信号に基づき一心拍以上の所定時間で連続的に複数の画像を取り込む画像取込部と、前記複数の画像を記憶する画像記憶部と、該記憶された複数画像の対応する各画素の出力信号の時間的変化から生体組織内の血流速度を演算する演算部と、該演算結果の二次元分布を血流マップとして表示する表示部からなる血流速度画像化装置に、得られた血流マップを解析するための機能を付加した装置であって、前記演算部は、前記一心拍以上の複数の血流マップデータから、前記生体組織の観察領域の表層部位に見えている血管（表層血管）内の血流と、その周囲の背景部位にある血流（背景血流）を分離する機能を有し、前記表示部は、それぞれの部位の血流マップを区別して表示する機能を有し、かつ、前記演算部は、前記各部位の血流値、血流波形、血管径などの血流に関する情報を演算し比較する機能を有し、表示部には、それらの演算結果を表示する機能が付加されていることを特徴とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０８−１１２２６２号公報
【特許文献２】国際公開第２０１０／１３１５５０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１に記載された画像解析技術にあっては、実際にスペックル信号の変動を抑制するほどの短い露光時間にした場合、露光量が著しく小さくなるために現実的な撮影条件には見合わないとの課題があった。加えて、フレーム間隔を非常に短くするため、解像度の高い撮像素子では撮像が非常に難しいとの課題もある。更に言えば、短い時間内でレーザ光源の出力に強度変調を行った場合、レーザ発振波長が内部の温度変化により揺らぎ、これによりスペックルパターンのコントラストを全面で低下させることになるとの課題があった。
【０００９】
また、特許文献２に記載された画像解析技術にあっては、例えば、脈動・拍動を行う生体組織と当該生体組織に設けられた血管の血流を撮像対象とした場合、スペックルを用いた流体イメージングは生体組織の動きに対して非常に感度の高い方法である一方で、画面全体の揺れや生体組織の動きなども捉えてしまい、その結果血流自体を捉えることができないとの課題があった。
【００１０】
そこで、本技術では、流体を含み、脈動や拍動などの動きを示す撮像対象をスペックルを利用して解析する場合であっても、当該撮像対象の動きに関係なく、前記流体の解析を行うことができる画像解析技術を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本技術は、撮像対象に対して波長が制御されたレーザ光を照射する光源と、前記光源から照射されるレーザ光の強度を変調する変調部と、前記レーザ光が照明された前記撮像対象の散乱光から得られるスペックル画像を撮像するスペックル画像撮像部と、前記光源による照射とスペックル画像撮像部による撮像とを同期させる同期部と、前記スペックル画像撮像部により撮像されたスペックル画像を解析する解析部と、を備える、画像解析装置を提供する。
この画像解析装置は、更に、前記撮像対象の露光時間を制御する露光制御部と、を備えていてもよい。
また、前記画像解析装置において、前記光源は、前記撮像対象の露光時間内に前記レーザ光を照射する構成であってもよい。
更に、前記画像解析装置において、前記露光制御部は、グローバルシャッタ方式であってもよい。或いは、前記露光制御部がローリングシャッタ方式であってもよい。
また、前記画像解析装置において、前記撮像対象の露光時間は、３２．２ｍｓ以下であってもよい。
更に、前記画像解析装置において、前記光源は、分布帰還型半導体レーザ光源、又は、グレーティングフィードバック型半導体レーザ光源であってもよい。
【００１２】
また、本技術は、撮像対象に対して波長が制御されたレーザ光を照射する光照射工程と、前記レーザ光の強度を変調する変調工程と、前記レーザ光の照射とスペックル画像撮像部による撮像とを同期させる同期工程と、前記レーザ光が照明された前記撮像対象の散乱光から得られるスペックル画像を撮像するスペックル画像撮像工程と、前記スペックル画像撮像部により撮像されたスペックル画像を解析する解析工程と、を含む、画像解析方法をも提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本技術によれば、流体を含み、脈動や拍動などの動きを示す撮像対象をスペックルを利用して解析する場合であっても、当該撮像対象の動きに関係なく、前記流体の解析を行うことができ、もって撮像対象の状態解析の精度を向上させることができる。
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、本技術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】
【００１４】
【図１】本技術に係る画像解析装置の第一実施形態の概念を模式的に示す模式概念図である。
【図２】図１に示す画像解析装置の詳細を示すブロック図である。
【図３】図１に示す第一実施形態の画像解析装置の第一変形例を示す模式図である。
【図４】図１に示す第一実施形態の画像解析装置の第二変形例を示す模式図である。
【図５】図１に示す画像解析装置のタイミングチャートである。
【図６】スペックルコントラスト・物体速度・撮像対象の露光時間の関係を示すグラフ代用図面である。
【図７】本技術に係る画像解析装置の第二実施形態の概念を模式的に示す模式概念図である。
【図８】図７に示す第二実施形態の画像解析装置の第一変形例を示す模式図である。
【図９】図７に示す第二実施形態の画像解析装置の第二変形例を示す模式図である。
【図１０】図７に示す画像解析装置のタイミングチャートの第一例である。
【図１１】図７に示す画像解析装置のタイミングチャートの第二例である。
【図１２】本技術に係る画像解析装置の第三実施形態の概念を模式的に示す模式概念図である。
【図１３】図１２に示す画像解析装置のタイミングチャートである。
【図１４】本技術に係る第一実施形態に係る画像解析方法のフローチャートである。
【図１５】本技術に係る第二実施形態に係る画像解析方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本技術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、本技術の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本技術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．第一実施形態に係る画像解析装置
（１）光源
（２）変調部
（３）スペックル画像撮像部
（３−１）露光制御部
（４）同期部
（４−１）同期部の変形例
（５）解析部
（６）記憶部
（７）表示部
（８）撮像対象
２．第二実施形態に係る画像解析装置
（１）第二実施形態に係る画像解析装置の変形例
３．第三実施形態に係る画像解析装置
（１）露光時間変更部
４．第一実施形態に係る画像解析方法
（１）変調工程
（２）同期工程
（３）光照射工程
（４）スペックル画像撮像工程
（５）解析工程
（６）記憶工程
（７）表示工程
５．第二実施形態に係る画像解析方法
（１）露光時間変更工程
【００１６】
＜１．第一実施形態に係る画像解析装置＞
図１〜６を用いて、本技術に係る画像解析装置の第一実施形態について説明する。
図１及び２に示す画像解析装置１は、光源１１と、変調部１２と、スペックル画像撮像部１３と、同期部１４と、解析部１５と、を少なくとも備える。また、当該画像解析装置１は、必要に応じて、記憶部１６、表示部１７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。
【００１７】
（１）  光源
光源１１は、撮像対象Ｏに対してコヒーレント光を照射する。
当該光源１１が発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あわせても完全な干渉性を示す光をいう。
【００１８】
コヒーレント光としてはレーザ光が好ましい。このレーザ光を発する光源１１としては、例えば、アルゴンイオン（Ar）レーザ、ヘリウム−ネオン（He-Ne）レーザ、ダイ（dye）レーザ、クリプトン（Cr）レーザ、分布帰還型（Distributed Feedback : DFB）やグレーティングフィードバック型の半導体レーザ等を用いることができ、その中でも、出力される波長が制御される半導体レーザを用いることが好ましい。
【００１９】
また、前記光源１１より出力される光強度の変調周波数としては特に限定されないものの、スペックルの撮像に適している必要があり、例えば、スペックルを動画として示す上では、２４Ｈｚ以上が好ましく、より好ましくは、ユーザが十分な滑らかな動画を感じるため、１２０Ｈｚ以上である。
【００２０】
更に、前記光源１１の光照射により前記撮像対象Ｏが露光される時間は、例えば流体の背景に示される撮像対象の脈動・拍動を抑制することができ、且つ、前記流体の解析を行うことができればよい。
ここで、スペックルコントラストは、撮像対象Ｏの動きの有無に応じて変化し、撮像対象Ｏが静止している状態ではスペックルコントラストが高くなり、撮像対象Ｏが動いている状態ではスペックルコントラストが低くなることが知られている。このため、図６に示すように、撮像対象Ｏの速度が速く、露光時間の数値（例えば、６６．６ｍｓ）が高い場合には、スペックルコントラストの数値も低くなる。
例えば、撮像対象Ｏが脈動・拍動する心臓等の生体試料であって、スペックルを用いて当該生体試料に設けられた血管の状態を解析する場合、通常、血流速度は細動脈では５０ｍｍ／ｓ程度とされる一方、前記脈動・拍動は１〜５ｍｍ／ｓ程度と把握されている。
従って、本技術に係る画像解析装置において、前記撮像対象Ｏの露光時間は、３２ｍｓ以下とすることが好ましく、より好ましくは１６．６ｍｓ以下であり、更に好ましくは３．３３ｍｓ以下である（図６参照）。
【００２１】
（２）変調部
本技術に係る画像解析装置１は、前記光源１１から発せられるレーザ光の強度を変調する変調部１２を備える。
この変調部１２による強度変調の方式としては特に限定されず、例えば、前記光源１１として半導体レーザを用いて、当該光源に流す電流の大きさを変化させる方式（直接強度変調方式）や、前記光源１１としての半導体レーザから出力されたレーザ光に対し、外部から変調を加える方式（外部変調方式）などが挙げられる。
尚、図２〜図４に示す画像解析装置には、変調部１２が光源１１と別に設けられた外部変調方式を採用した構成が示されている。
【００２２】
すなわち、本技術に係る変調部１２の構成としては、前記光源１１に内蔵される構成や、前記光源１１の外部に設けられる構成が考えられる。
前記光源１１に変調部１２が内蔵された構成としては、例えば、前述の分布帰還型（Distributed Feedback : DFB）やグレーティングフィードバック型の半導体レーザが挙げられる。
一方、前記光源１１から出力されたレーザ光を変調する構成としては、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）、ＡＯＭ（Acousto-Optic Modulator）、ＥＯＭ（Electro-Optic Modulator）、液晶シャッタ、メカニカルシャッタ、チョッパー等が挙げられる。
【００２３】
（３）スペックル画像撮像部
スペックル画像撮像部１３では、各光源１１のレーザ光が照射された前記撮像対象Ｏから得られる散乱光に基づいて、前記撮像対象Ｏの表面に現れるスペックルの撮像が行われる。
【００２４】
このスペックル画像撮像部１３は、撮像対象Ｏから得られる散乱光を結像する結像光学系と、当該結像光学系により結像された光を受光する撮像系と、を備える。前記結像光学系は、例えばＣＣＤセンサあるいはＣＭＯＳセンサ等の撮像素子と、結像レンズ等を備える。前記ＣＭＯＳセンサでは、グローバルシャッタ方式と、ローリングシャッタ方式が知られ、本技術に係る画像解析装置１では、いずれの方式も採用することができる。
【００２５】
（３−１）露光制御部
本技術に係る画像解析装置１では、前記スペックル画像撮像部１３が、前記撮像対象Ｏの露光時間を制御する露光制御部１１３を備える。具体的には、スペックル画像を撮像する際、撮像素子における全画素が露光している状態を調整する構成を有する。より具体的には、グローバルシャッタ方式のＣＭＯＳセンサや、ローリングシャッタ方式のＣＭＯＳセンサが挙げられる。
すなわち、本技術において、前記スペックル画像撮像部１３が備える撮像素子が前記露光制御部１１３に相当する。
【００２６】
前記スペックル画像撮像部１３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、前記撮像素子を用いた撮像方法を挙げることができる。
【００２７】
このスペックル画像撮像部１３では、例えば、疑似血液が流れている疑似血管をスペックルに基づいてマッピングした画像が生成される。前述の如く、スペックルはランダムな干渉・回折パターンであるため、血液などの光散乱流体が移動したり、時間的に変化すると、前記スペックルも時間的に変動する。このため、流体とそれ以外の部分の境界を観察することができる。
尚、前記スペックル画像撮像部１３では、スペックルが生じている部分をより明確にするため、例えば複数のスペックル画像を用いて平準化を行い、スペックル画像のムラを低減させる構成を備えていてもよい。
また、前記スペックル画像撮像部１３では、前記撮像対象Ｏからの散乱光を積極的に取り込むことができるよう、外部の光を遮断するフィルタを備えていてもよい。
【００２８】
（４）同期部
本技術に係る画像解析装置１は、同期部１４を備える。この同期部１４では、前記光源１１によるレーザ光の照射時間と、前記スペックル画像撮像部における撮像時間と、を合致させる。
具体的には、図１及び図２に示す画像解析装置１の同期部１４では、前記光源１１によるレーザ光の照射時間と、前記スペックル画像撮像部の撮像時間と、を合致させるための同期信号を前記光源１１及びスペックル画像撮像部１３に対して出力する。その結果、前記光源１１及びスペックル画像撮像部１３では、入力された同期信号に基づいて、レーザ光の照射とスペックル画像の撮像が同時に行われる。
本技術において、前記同期部の構成は前記構成に限定されず、公知の構成を採用することができる。更に、図１及び２に示す画像解析装置１では、前記同期部１４から同期信号が前記光源１１及びスペックル画像撮像部１３に出力される構成となっているが、当該同期信号を取得する方法に関しても特に限定されない。当該方法の他の例に関しては、図３及び４を用いて以下に説明する。
【００２９】
（４−１）  同期部の変形例
図３は、図１に示す第一実施形態の画像解析装置の第一変形例を示す模式図である。図３から把握されるように、当該画像解析装置１０１では、前記同期部１４が前記スペックル画像撮像部１３から同期信号を取得し、更に同期部１４が同期信号を前記光源１１に出力している。
一方、図４は、図１に示す第一実施形態の画像解析装置の第二変形例を示す模式図である。この第二変形例に係る画像解析装置１０２では、前記同期部１４が前記変調部１２から同期信号を取得し、更に同期部１４が同期信号を前記スペックル画像撮像部１３に出力している。
本技術に係る画像解析装置では、前記同期部１４により、前記光源１１による照射時間と、前記スペックル画像撮像部１３による撮像時間とを合致させることができ、もってスペックルを利用した解析精度を高めることができる。
【００３０】
（５）解析部
第一実施形態に係る画像解析装置１は、前記スペックル画像撮像部１３によって撮像されたスペックル画像に基づいて、撮像対象Ｏの状態を解析する解析部１５を備える。
この解析部１５では、例えば、前記スペックル画像撮像部１３により撮像されたスペックル画像において、スペックルの強度分布を測定する。
この測定結果を用いて、強度分布の標準偏差を強度分布の平均で割った値であるスペックルコントラストを測定する。このようにスペックルコントラストを測定することにより、撮像対象Ｏを光散乱流体である血管とした場合、スペックルコントラストの変化を利用することで、血管造影を行うことができる。更には、スペックルは時間的に変動するため、血流の速度を解析することもできる。
尚、斯かる場合、スペックルの強度分布やスペックルコントラストの測定方法は、本技術の効果が損なわれない限り特に限定されず、公知の測定方法を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。
【００３１】
（６）記憶部
本技術に係る画像解析装置１は、必要に応じて、前記スペックル画像撮像部１３によって撮像されたスペックル画像、解析部１５で計測されたスペックルコントラスト、前記解析部１５による解析結果などを記憶する記憶部１６を更に備えることができる。
この記憶部１６は、本技術に係る画像解析装置においては必須ではなく、例えば、外部の記憶装置を接続して、スペックル画像等を記憶することも可能である。
【００３２】
（７）表示部
本技術に係る画像解析装置は、スペックル画像撮像部１３によって撮像されたスペックル画像、解析部１５による解析結果などを表示する表示部１７を更に備えることができる。この表示部１７は、本技術に係る画像解析装置においては必須ではなく、例えば、外部のモニター等を用いることも可能である。
【００３３】
（８）撮像対象Ｏ
本技術に係る画像解析装置は、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。スペックルの性質上、流体からはスペックルが発生しにくいという性質がある。そのため、本技術に係る画像解析装置１を用いて流体を含むものをイメージングとすると、流体とそれ以外の部分の境界や流体の流速等を、求めることができる。
【００３４】
より具体的には、撮像対象Ｏを生体試料とし、流体としては血液を挙げることができる。例えば、本技術に係る画像解析装置１を、手術用顕微鏡や手術用内視鏡などに搭載すれば、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。
【００３５】
ここで、前記撮像対象Ｏを脈動・拍動する心臓などの臓器とし、スペックルを利用して当該臓器に設けられた血管を流れる血液を解析する場合、スペックルを用いた流体イメージングは臓器の脈動・拍動なども捉えてしまい、その結果血流自体を捉えることができない可能性がある。
これに対して、本技術に係る画像解析装置１では、前記同期部１４の構成により撮像対象Ｏの脈動・拍動に関係なく、流体の動きを提示することができる。
以下、図５を用いて、前記同期部１４に基づいた本技術に係る画像解析装置１の駆動シーケンスの一例を説明する。
【００３６】
図５は、図１に示す画像解析装置１、具体的には、前記変調部１２が前記光源１１とは別に設けられた外部変調方式であって、且つ、前記露光制御部１１３がグローバルシャッタ方式のＣＭＯＳである画像解析装置１のタイミングチャートである。
尚、図５中、（ａ）は前記スペックル画像撮像部１３の撮像時間を、（ｂ）は光源１１の照明強度を、（ｃ）は前記変調部１２による強度変調時間を、（ｄ）は変調結果のレーザ光照明強度を示す。
【００３７】
ここで、露光制御部１１３としてグローバルシャッタ方式のＣＭＯＳを用いた場合、全画素で露光開始と露光終了のタイミングが同時となり、露光終了後一定時間露光できない時間が生じる（図５内の「露光不可時間」）。
【００３８】
このため、本技術に係る画像解析装置１では、例えば、前記光源１１からレーザ光を常に照射させた状態としておき（ｂ）、前記変調部１２を用いて前記レーザ光の強度を変調させる（ｃ）。その結果、図５に示されるように、前記撮像対象Ｏを露光することが可能な時間内に、強度変調させたレーザ光を照射し、且つ、それと同時に前記スペックル画像撮像部１３による撮像を行うようにしている。
【００３９】
このように構成された本技術に係る画像解析装置１によれば、前記同期部１４の構成により、前記光源１１による照射と、前記スペックル画像撮像部１３による撮像とが同時に行われる。このため、例えば、前記撮像対象Ｏの露光時間が短く設定され、信号量が低下してしまうような場合であっても、十分な輝度を確保することができる。
更に、前記撮像対象Ｏの露光時間を３２ｍｓ以下に設定した場合、前記撮像対象Ｏとして脈動・拍動を示す生体試料とし、流体として血流を解析するような場面でも、前記生体試料の拍動・脈動を捉えることがなく、もって血流のみを捉えることができる。
より好ましくは、前記撮像対象Ｏの露光時間を１６．６ｍｓ程度に設定すると、動き（拍動、振動）でのスペックルコントラスト低下はあるものの、十分に低下はしていないため血流によるコントラスト低下を捉えることができる。更に好ましくは、前記撮像対象Ｏの露光時間を３．３３ｍｓ以下に設定すると、動き（拍動、振動）でのスペックルコントラスト低下はほとんど発生しないため、血流によるスペックルコントラスト低下をよりしっかりと捉えることができる。
また、露光制御部１１３としてグローバルシャッタ方式のＣＭＯＳを用いた場合、全画素が露光状態になっているタイミングを確保することが容易であり、且つ、画面全面で均一な露光量を確保することができる。
【００４０】
＜２．第二実施形態に係る画像解析装置＞
次に、図７〜９を用いて、本技術に係る画像解析装置の第二実施形態について説明する。図７は、第二実施形態の画像解析装置の概念を模式的に示す模式概念図である。また、図８及び９は、図７に示す画像解析装置の変形例を示す模式概念図である。
この第二実施形態に係る画像解析装置は、第一実施形態に係る画像解析装置１と同様、光源１１と、変調部１２と、露光制御部１１３を有するスペックル画像撮像部１３と、同期部１４と、解析部１５と、を備える。また、必要に応じて、記憶部１６、表示部１７などを更に備えることも可能である。
一方、第二実施形態に係る画像解析装置は、前記変調部１２自体の構成は第一実施形態に係る画像解析装置１，１０１，１０２と同一であるが、当該変調部１２が前記光源１１に内蔵されている点、すなわち、前記光源１１が変調光源である点が第一実施形態に係る画像解析装置１，１０１，１０２と異なる。
尚、以下の説明において、第一実施形態に係る画像解析装置１，１０１，１０２と同一の構成に関しては、同一の符号を付してその説明を割愛する。
【００４１】
前述の如く、第二実施形態に係る画像解析装置２では、前記光源１１が変調部１２を内蔵し、いわゆる変調光源を構成している。従って、第二実施形態に係る画像解析装置２では、強度が変調されたレーザ光が前記光源１１から照射される。
そして、図７に示す画像解析装置２では、前記同期部１４が取得した同期信号は前記光源１１内の変調部１２に出力される。
更に、第一実施形態に係る画像解析装置１と同様、前記同期信号を取得する方法は限られず、当該方法の他の例としては、図８及び９に示す方法が考えられる。
【００４２】
（１）第二実施形態に係る画像解析装置の変形例
すなわち、図８は、図７に示す第二実施形態の画像解析装置の第一変形例を示す模式図である。この図８から把握されるように、当該画像解析装置２０１では、前記同期部１４が前記スペックル画像撮像部１３から同期信号を取得する構成を採用している。
一方、図９は、図７に示す第二実施形態の画像解析装置の第二変形例を示す模式図である。この第二変形例に係る画像解析装置２０２では、前記同期部１４が前記変調部１２から同期信号を取得する構成を採用している。
これらの第二実施形態に係る画像解析装置２，２０１，２０２では、前記同期部１４により、前記光源１１による照射時間と、前記スペックル画像撮像部１３による撮像時間を合致させることができ、もってスペックルを利用した解析精度を高めることができる。
【００４３】
以下、図１０及び１１を用いて、第二実施形態に係る画像解析装置２の駆動シーケンスの一例を説明する。
図１０は、第二実施形態に係る画像解析装置２において、前記露光制御部１１３がグローバルシャッタ方式のＣＭＯＳである画像解析装置のタイミングチャートである。
尚、図１０中、（ａ）は前記スペックル画像撮像部１３の撮像時間を、（ｂ）は光源１の照明強度を、（ｃ）は変調結果のレーザ光照明強度を示す。
【００４４】
前述の如く、第二実施形態に係る画像解析装置２では、前記光源１１が変調光源であるため、強度が変調されたレーザ光が照射される。そして、前記同期部１４により、前記光源１１によるレーザ光の照射時間を、前記スペックル画像撮像部１３の撮像時間に合致させる。
【００４５】
一方、図１１は、第二実施形態に係る画像解析装置２において、前記露光制御部１１３がローリングシャッタ方式のＣＭＯＳである画像解析装置のタイミングチャートである。
尚、図１１中、（ａ）は前記スペックル画像撮像部１３の撮像時間を、（ｂ）は光源１の照明強度を、（ｃ）は変調結果のレーザ光照明強度を示す。
ここで、露光制御部１１３としてローリングシャッタ方式のＣＭＯＳを用いた場合、フレーム内で各画素の露光開始タイミングが少しずつずれるようになっている。このため、全画素が露光状態となっている時間Ａが非常に短い（図１１参照）。
【００４６】
これに対し、第二実施形態に係る画像解析装置２では、前記同期部１４により前記光源１１による照射時間を、前記スペックル画像撮像部１３による撮像時間に合致させることが可能となっている。更に言えば、前記光源１１による照射時間及びスペックル画像撮像部１３による撮像時間を、図１１に示す時間Ａに合致させることができる。
【００４７】
以上のように構成された本技術に係る画像解析装置２によれば、前記同期部１４の構成により、前記光源１１による照射と、前記スペックル画像撮像部１３による撮像とが同時に行われる。このため、例えば、前記撮像対象Ｏの露光時間が短く設定され、信号量が低下してしまうような場合であっても、十分な輝度を確保することができる。
更に、前記撮像対象Ｏの露光時間を３２ｍｓ以下に設定した場合、前記撮像対象Ｏとして脈動・拍動を示す生体試料とし、流体として血流を解析するような場面では、前記生体試料の拍動・脈動を捉えることがなく、もって血流のみを捉えることができる。
更に言えば、前記露光制御部１１３としてローリングシャッタ方式のＣＭＯＳを用いることにより、全画素が露光状態となっている時間は短い。その短い時間内で照明をすることで均一な照明強度の画像を捉えることができ、血流情報を正しく捉えることができる。
【００４８】
＜３．第三実施形態に係る画像解析装置＞
次に、図１２及び１３を用いて、本技術に係る画像解析装置の第三実施形態について説明する。第三実施形態に係る画像解析装置３は、第一実施形態に係る画像解析装置１と同様、光源１１と、変調部１２と、スペックル画像撮像部１３と、同期部１４と、解析部１５と、を備える。また、必要に応じて、記憶部１６、表示部１７などを更に備えることも可能である。
一方、第三実施形態に係る画像解析装置３は、露光時間変更部１８を備える点、及び前記露光制御部１１３がローリングシャッタ方式のＣＭＯＳである点が第一実施形態に係る画像解析装置１，１０１，１０２と異なる。
尚、以下の説明において、第一実施形態に係る画像解析装置１，１０１，１０２と同一の構成に関しては、同一の符号を付してその説明を割愛する。
【００４９】
（１）  露光時間変更部
前述の如く、露光制御部１１３としてローリングシャッタ方式のＣＭＯＳを用いた場合、フレーム内で各画素の露光開始タイミングが少しずつずれるようになっているため、全画素が露光状態となっている時間Ａが非常に短い（図１１参照）。
このため、第三実施形態に係る画像解析装置３では、前記撮像対象Ｏの露光時間を変更する露光時間変更部１８を備える。
【００５０】
具体的には、図１３に示されるように、撮像対象Ｏの露光時間を２フレームに跨るように長時間に設定する。このように、露光時間を長時間化することにより、前記露光制御部１１３がローリングシャッタ方式のＣＭＯＳであったとしても、撮像対象Ｏを露光する時間を１フレーム分とすることができる。
尚、前記露光時間変更部１８による露光時間の変更方法は特に限定されず、公知の方法を採用することができる。
【００５１】
そして、図１３に示すように、第三実施形態に係る画像解析装置３では、前記同期部１４により、前記光源１１による照射時間を前記スペックル画像撮像部１３による撮像時間に合致させることが可能となっている。更に言えば、前記露光時間変更部１８により、露光時間が長時間化されている分、前記光源１１による照射時間と前記スペックル画像撮像部１３による撮像時間を合致させやすく構成されている。
【００５２】
以上のような第三実施形態に係る画像解析装置３によれば、前記同期部１４の構成により、前記光源１１による照射と、前記スペックル画像撮像部１３による撮像とが同時に行われるようになっている。このため、例えば、前記撮像対象Ｏの露光時間が短く設定され、信号量が低下してしまうような場合であっても、十分な輝度を確保することができる。
更に、前記撮像対象Ｏの露光時間を３２ｍｓ以下に設定した場合、前記撮像対象Ｏとして脈動・拍動を示す生体試料とし、流体として血流を解析するような場面でも、前記生体試料の拍動・脈動を捉えることがなく、もって血流のみを捉えることができる。
また、前記撮像対象Ｏの露光時間を１６．６ｍｓ程度に設定すると、動き（拍動、振動）でのスペックルコントラスト低下はあるものの、十分に低下はしていないため血流によるコントラスト低下を捉えることができる。
更に、前記撮像対象Ｏの露光時間を３．３３ｍｓ以下に設定すると、動き（拍動、振動）でのスペックルコントラスト低下はほとんど発生しないため、血流によるスペックルコントラスト低下をよりしっかりと捉えることができる。
【００５３】
＜４．第一実施形態に係る画像解析方法＞
本技術は、画像解析方法をも提供する。図１４を用いて、本技術に係る画像解析方法の第一実施形態について説明する。
第一実施形態に係る画像解析方法は、変調工程、同期工程、光照射工程、スペックル画像撮像工程、解析工程、を含み、必要に応じて、記憶工程、表示工程を含んでいてもよい。各工程について、実際に行う順序に従って説明する。
【００５４】
（１）同期工程
本技術に係る画像解析方法では、光源による照射時間とスペックル画像の撮像時間を同期させる同期工程を含む。
具体的には、コヒーレント光であるレーザ光を照射する光源と、スペックル画像を撮像する撮像部に対して同期信号を入力する処理を行う。
または、前記スペックル画像の撮像部から同期信号を取得し、当該同期信号を前記光源に入力する処理を行う方法も挙げられる。或いは、前記光源から同期信号を取得し、当該同期信号を前記撮像部に入力する処理を行う方法も挙げられる。
【００５５】
（２）変調工程
本技術に係る画像解析方法では、レーザ光の強度を変調する変調工程を含む。
この変調工程が行う処理方法としては限定されず、例えば、光源として半導体レーザを用いて、当該光源に流す電流の大きさを変化させる方式（直接強度変調方式）や、前記光源としての半導体レーザから出力されたレーザ光に対し、外部から変調を加える方式（外部変調方式）などが挙げられる。
従って、図１４では、変調工程が光照射工程よりも前に行われ、直接強度変調方式として示されているが、外部変調方式により当該変調工程は光照射工程の後に行うようにしても差し支えない。
【００５６】
（３）光照射工程
第一実施形態に係る画像解析方法は、光源から前記撮像対象に対してレーザ光を照射する工程を含む。
この光照射工程にて用いる光源の例としては、例えば、アルゴンイオン（Ar）レーザ、ヘリウム−ネオン（He-Ne）レーザ、ダイ（dye）レーザ、クリプトン（Cr）レーザ、分布帰還型（Distributed Feedback : DFB）やグレーティングフィードバック型の半導体レーザ等を用いることができ、その中でも、出力される波長が制御される半導体レーザを用いることが好ましい。
【００５７】
光照射工程により照射されるレーザ光における光強度の変調周波数としては特に限定されないものの、スペックルの撮像に適している必要があり、例えば、スペックルを動画として示す上では、２４Ｈｚ以上が好ましく、より好ましくは、ユーザが十分な滑らかな動画を感じるため、１２０Ｈｚである。
【００５８】
更に、光照射工程による前記撮像対象Ｏの露光時間は、例えば流体の背景に示される撮像対象の脈動・拍動を抑制することができ、且つ、前記流体の解析を行うことができればよい。
例えば、撮像対象Ｏが脈動・拍動する心臓等の生体試料であって、スペックルを用いて当該生体試料に設けられた血管の状態を解析する場合、通常、血流速度は細動脈では５０ｍｍ／ｓ程度とされる一方、前記脈動・拍動は１〜５ｍｍ／ｓ程度と把握されている。このため、本技術に係る画像解析方法において、前記撮像対象Ｏの露光時間は、３２ｍｓ以下とすることが好ましく、より好ましくは１６．６ｍｓ以下であり、更に好ましくは３．３３ｍｓ以下である。
【００５９】
（４）スペックル画像撮像工程
第一実施形態に係る画像解析方法では、前記光照射工程により得られた散乱光に基づいてスペックル画像を撮像するスペックル画像撮像工程を含む。
このスペックル画像撮像工程における撮像方法は特に限定されず、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、グローバルシャッタ方式のＣＭＯＳセンサや、ローリングシャッタ方式のＣＭＯＳセンサ等の撮像素子を用いた撮像方法を挙げることができる。
【００６０】
本技術に係る画像解析方法において、前記撮像素子として、グローバルシャッタ方式のＣＭＯＳセンサや、ローリングシャッタ方式のＣＭＯＳセンサを用いた場合、撮像素子における全画素が露光している状態を調整することができる。
すなわち、グローバルシャッタ方式のＣＭＯＳセンサを用いた場合には、全画素で露光開始と露光終了のタイミングを同時とすることができる。一方、ローリングシャッタ方式のＣＭＯＳセンサを用いた場合には、フレーム内で各画素の露光開始タイミングが少しずつずれるようになっている。このため、全画素が露光状態となっている時間が短くなる。
【００６１】
（５）解析工程
第一実施形態に係る画像解析方法の解析工程では、例えば、前記スペックル撮像工程により撮像されたスペックル画像において、スペックルの強度分布を測定する。この測定結果を用いて、強度分布の標準偏差を強度分布の平均で割った値であるスペックルコントラストを測定する。
このようにスペックルコントラストを測定することにより、撮像対象Ｏを光散乱流体である血管とした場合、スペックルコントラストの変化を利用することで、血管造影を行うことができる。更には、スペックルは時間的に変動するため、血流の速度を解析することもできる。
尚、斯かる場合、スペックルの強度分布やスペックルコントラストの測定方法は、本技術の効果が損なわれない限り特に限定されず、公知の測定方法を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。
【００６２】
（６）記憶工程
第一実施形態に係る画像解析方法は、必要に応じて、記憶工程を含んでいてもよい。
この記憶工程では、前記スペックル撮像工程にて撮像されたスペックル画像、前記解析工程により測定されたスペックルコントラストや前記解析工程による解析結果等を記憶する。
【００６３】
（７）表示工程
第一実施形態に係る画像解析方法は、必要に応じて、表示工程を含んでいてもよい。この表示工程では、前記スペックル撮像工程にて撮像されたスペックル画像、前記解析工程による解析結果等を例えばモニター等に表示する。
【００６４】
以上の工程を含む第一実施形態に係る画像解析方法によれば、前記同期工程を含むため、光源による照射と、前記スペックル画像の撮像とを同時に行うことができる。このため、例えば、前記撮像対象Ｏの露光時間が短く設定され、信号量が低下してしまうような場合であっても、十分な輝度を確保することができる。
更に、前記撮像対象Ｏの露光時間を３２ｍｓ以下に設定した場合、前記撮像対象Ｏとして脈動・拍動を示す生体試料とし、流体として血流を解析するような場面では、前記生体試料の拍動・脈動を捉えることがなく、もって血流のみを捉えることができる。
また、前記撮像対象Ｏの露光時間を１６．６ｍｓ程度に設定すると、動き（拍動、振動）でのスペックルコントラスト低下はあるものの、十分に低下はしていないため血流によるコントラスト低下を捉えることができる。更に、前記撮像対象Ｏの露光時間を３．３３ｍｓ以下に設定すると、動き（拍動、振動）でのスペックルコントラスト低下はほとんど発生しないため、血流によるスペックルコントラスト低下をよりしっかりと捉えることができる。
また、グローバルシャッタ方式のＣＭＯＳを用いた場合、全画素が露光状態になっているタイミングを確保することが容易であり、且つ、画面全面で均一な露光量を確保することができる。
【００６５】
＜５．第二実施形態に係る画像解析方法＞
次に、図１５を用いて、本技術に係る画像解析方法の第二実施形態について説明する。
第二実施形態に係る画像解析方法は、第一実施形態に係る画像解析方法と同様、変調工程、同期工程、光照射工程、スペックル画像撮像工程、解析工程、を含み、必要に応じて、記憶工程、表示工程を含んでいてもよい。
一方、第二実施形態に係る画像解析方法は、スペックル画像撮像工程において撮像素子としてローリングシャッタ方式のＣＭＯＳを用いる点、撮像対象Ｏの露光時間を変更する露光時間変更工程を含む点が、第一実施形態に係る画像解析方法と異なる。
以下の説明において、第一実施形態に係る画像解析方法と共通する工程に関してはその説明は省略する。
【００６６】
（１）露光時間変更工程
第二実施形態に係る画像解析方法では、光照射工程によりレーザ光が照射された後、撮像対象Ｏの露光時間を変更する露光時間変更工程を行う。
ここで前述の如く、ローリングシャッタ方式のＣＭＯＳを用いた場合、フレーム内で各画素の露光開始タイミングが少しずつずれるようになっているため、全画素が露光状態となっている時間が短くなる。
従って、露光時間変更工程では、例えば、撮像対象Ｏの露光時間を２フレームに跨るように長時間に設定する処理を行う。このように、露光時間を長時間化することにより、撮像対象Ｏを露光する時間を１フレーム分とすることができる。
【００６７】
以上のような第二実施形態に係る画像解析方法によれば、前記同期工程により、前記光源による照射と、前記スペックル画像の撮像とが同時に行うことができる。
このため、例えば、前記撮像対象Ｏの露光時間が短く設定され、信号量が低下してしまうような場合であっても、十分な輝度を確保することができる。
更に、前記撮像対象Ｏの露光時間を３２ｍｓ以下に設定した場合、前記撮像対象Ｏとして脈動・拍動を示す生体試料とし、流体として血流を解析するような場面でも、前記生体試料の拍動・脈動を捉えることがなく、もって血流のみを捉えることができる。
また、前記撮像対象Ｏの露光時間を１６．６ｍｓ程度に設定すると、動き（拍動、振動）でのスペックルコントラスト低下はあるものの、十分に低下はしていないため血流によるコントラスト低下を捉えることができる。更に、前記撮像対象Ｏの露光時間を３．３３ｍｓ以下に設定すると、動き（拍動、振動）でのスペックルコントラスト低下はほとんど発生しないため、血流によるスペックルコントラスト低下をよりしっかりと捉えることができる。
【００６８】
なお、本技術に係る画像解析装置は、以下のような構成も取ることができる。
（１）
撮像対象に対して波長が制御されたレーザ光を照射する光源と、
前記光源から照射されるレーザ光の強度を変調する変調部と、
前記レーザ光が照明された前記撮像対象の散乱光から得られるスペックル画像を撮像するスペックル画像撮像部と、
前記光源による照射とスペックル画像撮像部による撮像とを同期させる同期部と、
前記スペックル画像撮像部により撮像されたスペックル画像を解析する解析部と、
を備える、画像解析装置。
（２）
更に、前記撮像対象の露光時間を制御する露光制御部と、を備える、（１）記載の画像解析装置。
（３）
前記光源は、前記撮像対象の露光時間内に前記レーザ光を照射する、（１）又は（２）に記載の画像解析装置。
（４）
前記露光制御部は、グローバルシャッタ方式である、（１）から（３）のいずれか一つに記載の画像解析装置。
（５）
前記露光制御部は、ローリングシャッタ方式である、（１）から（３）のいずれか一つに記載の画像解析装置。
（６）
前記撮像対象の露光時間は、３２．２ｍｓ以下である、（１）から（５）のいずれか一つに記載の画像解析装置。
（７）
前記光源は、分布帰還型半導体レーザ光源、又は、グレーティングフィードバック型半導体レーザ光源である、（１）から（６）のいずれか一つに記載の画像解析装置。
（８）
撮像対象に対して波長が制御されたレーザ光を照射する光照射工程と、
前記レーザ光の強度を変調する変調工程と、
前記レーザ光の照射とスペックル画像撮像部による撮像とを同期させる同期工程と、
前記レーザ光が照明された前記撮像対象の散乱光から得られるスペックル画像を撮像するスペックル画像撮像工程と、
前記スペックル画像撮像部により撮像されたスペックル画像を解析する解析工程と、
を含む、画像解析方法。
【符号の説明】
【００６９】
１、１０１、１０２、２、２０１、２０２、３  画像解析装置
１１  光源
１２  変調部
１３  スペックル画像撮像部
１４  同期部
１５  解析部
１６  記憶部
１７  表示部
１８  露光時間変更部
１１３  露光制御部
Ｏ  撮像対象
【図１】
2017170064.tif 000003
【図２】
2017170064.tif 000004
【図３】
2017170064.tif 000005
【図４】
2017170064.tif 000006
【図５】
2017170064.tif 000007
【図６】
2017170064.tif 000008
【図７】
2017170064.tif 000009
【図８】
2017170064.tif 000010
【図９】
2017170064.tif 000011
【図１０】
2017170064.tif 000012
【図１１】
2017170064.tif 000013
【図１２】
2017170064.tif 000014
【図１３】
2017170064.tif 000015
【図１４】
2017170064.tif 000016
【図１５】
2017170064.tif 000017