(57)【要約】      （修正有）【課題】血管に関する情報を精度よく取得することを可能とする処理装置、情報取得装置、画像処理方法を提供する。【解決手段】処理装置１２０は、被検体１５０の血管を含む部位の複数の画像からなる第１の画像群において、各画像の一部の輝度値の変化から、血管の血流の変化が大きく輝度値の変化態様が所定の条件を満たす変化範囲を特定する第一部と、変化範囲に含まれる複数の画像を選択することで第２の画像群を生成する第二部と、第２の画像群の画像を含む複数の画像の信号に対して演算処理する第三部と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体の血管を含む部位の複数の画像からなる第１の画像群において、各画像の一部の一部の輝度値の変化から、前記血管の血流の変化が大きく前記輝度値の変化態様が所定の条件を満たす変化範囲を特定する第一部と、  前記変化範囲に含まれる複数の画像を選択することで第２の画像群を生成する第二部と、  前記第２の画像群の画像を含む複数の画像の信号に対して演算処理する第三部と、を有することを特徴とする処理装置。
【請求項２】
前記演算処理は、前記変化範囲内の画像を含む複数の画像の対応する画素間における最大値と最小値、平均、標準偏差、分散のうちのデータを処理して値を算出する統計処理であることを特徴とする請求項１に記載の処理装置。
【請求項３】
前記演算処理は、前記変化範囲内の画像を含む複数の画像の対応する画素間の時間変化に関する標準偏差と平均とを算出し、前記平均に対する前記標準偏差の比率を算出する処理であることを特徴とする請求項２に記載の処理装置。
【請求項４】
前記演算処理は、前記変化範囲内の画像を含む複数の画像の対応する画素間について、隣接して撮像された前記画像の比率を算出することで隣接画像間の比率画像を生成し、前記比率画像に対して、時間変化に関する標準偏差を算出する処理であることを特徴とする請求項２に記載の処理装置。
【請求項５】
前記隣接画像間の比率画像に対して算出した前記標準偏差を、更に前記第２の画像群の画像における前記比率画像の平均で除算する処理を行うことを特徴とする請求項４に記載の処理装置。
【請求項６】
前記変化範囲は、前記輝度値の変化率の絶対値が所定の閾値以上となる位置である始点と、前記輝度値が前記始点における前記輝度値に再び戻る位置である終点と、を基準にして決めることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の処理装置。
【請求項７】
前記始点は、前記被検体への圧迫の開始に対応して前記輝度値が変化する点に基づいて決めることを特徴とする請求項６に記載の処理装置。
【請求項８】
前記始点は、前記被検体への圧迫の解放に対応して前記輝度値が変化する点に基づいて決めることを特徴とする請求項６に記載の処理装置。
【請求項９】
前記変化範囲は、前記第１の画像群から複数の画像を選択して、前記複数の画像の対応する画素間の時間変化に関する標準偏差を算出し、前記血管を含む部位の前記標準偏差の値に基づいて決めることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の処理装置。
【請求項１０】
前記各画像の一部は、前記各画像の一部の画素の輝度値が所定値より大きい領域に設定することを特徴とする請求項１から９の何れか１項に記載の処理装置。
【請求項１１】
前記各画像の一部の輝度値の変化は、前記各画像の一部の複数の画素の平均輝度値から判定することを特徴とする請求項１から１０の何れか１項に記載の処理装置。
【請求項１２】
請求項１から１１の何れか１項に記載の処理装置と、
血管を含む被検体に光を照射する光源と
被検体を撮像する撮像装置と、を有し、  前記処理装置は、前記血管に関する情報を取得する情報取得装置。
【請求項１３】
前記被検体の血管の血流を外部から変化させる血流変化部を有し、  前記撮像装置は、前記血流変化部により前記血管の血流が時間的に変化させられた前記被検体の血管を含む部位を複数回撮像することを特徴とする請求項１２に記載の情報取得装置。
【請求項１４】
前記血管に関する情報は、前記血管を含む部位の画像データであることを特徴とする請求項１２または１３に記載の情報取得装置。
【請求項１５】
前記光源から前記被検体に照射される前記光は、可視から近赤外帯域のうちの少なくとも一部の波長領域の光であることを特徴とする請求項１２から１４の何れか１項に記載の情報取得装置。
【請求項１６】
被検体の血管を含む部位の複数の画像からなる第１の画像群において、各画像の一部の輝度値の変化から、前記血管の血流の変化が大きく前記輝度値の変化態様が所定の条件を満たす変化範囲を特定する第一工程と、
前記第一工程で特定された変化範囲に含まれる複数の画像を選択することで第２の画像群を生成する第二工程と、
前記第二工程で生成された第２の画像群の信号に対して演算処理する第三工程と、
を有することを特徴とする画像処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、処理装置、情報取得装置及び画像処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
生体内等の組織構造や血管構造等を撮像可能な手段としては、例えば、核磁気共鳴画像法（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  ｉｍａｇｉｎｇ：ＭＲＩ）、Ｘ線ＣＴ（Ｘ−ｒａｙ  Ｃｏｍｐｕｔｅｄ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）などが挙げられる。しかし、これらの方法では、造影剤使用、被爆等の課題があり、非被曝・非侵襲な観察方法が求められている。
【０００３】
非被曝・非侵襲な計測方法として光による計測技術が挙げられる。しかし、生体は光に対して強散乱体であり、光による生体内組織の観察においては散乱光の影響により、組織構造のボケ、画像コントラストの低下が生じる。そのため、細い血管のように散乱によるコントラスト低下が生じやすい血管や、光吸収が弱くコントラストが低い新生血管群等の血管の観察に際しては、血管像を抽出し強調することが求められる。
【０００４】
ところで、特許文献１では、静脈認証の分野において、静脈の空間周波数よりも低い低周波成分及び高い周波数成分を低減するフィルタを用いて、静脈の血管パターンを抽出することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１３／０８８５６６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、新生血管群などの像は、空間周波数が低い可能性が高く、特許文献１の方法を用いると、新生血管群のパターンが抽出しにくくなる。そこで、血管像の空間周波数に関係なく、血管に関する情報を精度よく取得することが求められる。本発明の目的は、血管に関する情報（高コントラストな血管像など）を精度よく取得することが可能な処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面としての処理装置は、被検体の血管を含む部位の複数の画像からなる第１の画像群において、各画像の一部の輝度値の変化から、前記血管の血流の変化が大きく前記輝度値の変化態様が所定の条件を満たす変化範囲を特定する第一部と、前記変化範囲に含まれる複数の画像を選択することで第２の画像群を生成する第二部と、前記第２の画像群の画像を含む複数の画像の信号に対して演算処理する第三部と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一側面によれば、被検体の血管の血流を変化させながら複数枚撮像された画像から、血管に関する情報を精度よく取得することが可能な処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態の装置構成を模式的に示す図である。
【図２】（ａ）は指の血管像の例を示す図、（ｂ）は複数個所の画素の輝度値のフレーム間の変化をプロットした図である。
【図３】選択したフレームの範囲と、得られる標準偏差画像を示した図である。
【図４】（ａ）は、生成した標準偏差画像の例を示す図、（ｂ）は、選択したフレーム範囲と血管像の局所的なコントラスト変化との関係を示す図である。
【図５】フレーム間の所定画素の輝度値変化と変化範囲を示した図である。
【図６】２つの特徴的な変化範囲を選択したときに得られる血管像を示した図である。
【図７】実施例における測定フローを模式的に示した図である。
【図８】実施例における画像処理のフローを模式的に示した図である。
【図９】カフの印加圧力の時間変化を模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の一側面の画像処理方法は、次の第一工程乃至第三工程を有する。第一工程では、被検体の血管を含む部位の複数の画像からなる第１の画像群において、各画像の一部の輝度値の変化から、血管の血流の変化が大きく輝度値の変化態様が所定の条件を満たす変化範囲を特定する。第二工程では、第一工程で特定された変化範囲に含まれる複数の画像を選択することで第２の画像群を生成する。第三工程では、第二工程で生成された第２の画像群の画像を含む複数の画像の信号に対して演算処理する。演算処理する複数の画像は、必ずしも全て変化範囲に入っている必要はないが、全ての画像が変化範囲に入っている方が画像としては高コントラストになり、血管に関する情報をより精度よく取得することができる。
【００１１】
撮像条件の違いによる血管像の差異に関しては、血流の変化による血管部の透過率変化、光吸収変化などが挙げられる。血流の変化を生じさせる原因或いは手法には次のものがある。例えば心臓の拍動に起因する、人体で常に生じている血流変動がある。また、撮像する血管を含む部位の高さと被検者の心臓の高さとの位置関係を変化させても、血流変動が生じうる。例えば、被検者に深呼吸して一定期間息を止めてもらう、撮像される指をもつ手と反対側の手を肩より高く挙げて一定期間止めておいてもらう、等の手法がある。しかし、確実に血流の変化を生じさせるには、血流変化部である駆血帯（カフ）などを用いて、撮像部位よりも心臓に近い部位を圧迫する圧力を変化させ、撮像部位の血流を変動させることが好適である。各工程の態様には、後述する実施形態及び実施例で説明するように様々なものがある。本発明の他の側面の情報取得装置は、前記第一乃至第三工程の機能をそれぞれ実行する第一部、第二部、第三部を含む処理装置を有する。
【００１２】
以下、添付の図面を参照して、本発明の実施形態及び実施例を説明する。本発明の一実施形態の情報取得装置は、光源部と、撮像部（撮像装置）と、処理部（処理装置）を含む情報取得装置とを少なくとも有する。光源部からの光を、例えば被検体の部位に照射し、透過光、反射光、散乱光の少なくとも１つを撮像部にて検出し、撮影部位の複数の画像を、異なる撮影条件にて取得する。本実施形態の情報取得装置では、注目する血管を異なる条件で撮影したこうした画像を複数用い、第２の画像群の画像を含む複数の画像の信号に対して処理部にて演算処理を行う。例えば通常の透過撮影では散乱光による背景分布の中に淡い血管像（吸収像）が存在する画像でも、前記演算処理により散乱光成分などを画像から除去することにより、例えばコントラストの良い血管像を抽出可能である。
【００１３】
図１は、本発明の一側面の撮像装置の例示的な構成を模式的に示す。図１において、光源１００は、可視から近赤外の光を放射する。一例として、４００ｎｍ〜１７００ｎｍの波長範囲の光である。特に、散乱の影響も比較的小さく、且つヘモグロビン或いは水の特徴的な吸収スペクトルを含む波長７００ｎｍ〜１２００ｎｍの範囲の光が望ましい。撮像部１１０は、上記波長範囲の光を受光できるアレイセンサと、同アレイセンサに光を結像する光学系と、を含む。被検体１５０は、手の指などである。撮像部位は、被検体１５０の全体、或いは被検体１５０の或る注目領域であり、血管を含む部位である。制御・処理部１２０は、撮像部１１０で撮像された画像の信号を処理し、処理データを出力部（モニタ）１４０に出力する。
【００１４】
また、被検体１５０の撮像部位にある血管の血流に変化を生じさせることができる位置に血流変化部１３０が配置され、同位置において被検体に圧迫力を与え、その後解放する。制御・処理部１２０は、血流変化部１３０の制御も行う。被検体１５０は、保持部１０５にしっかりと確実に固定される。また、保持部１０５は、撮像目的を果たすために、被検体１５０が置かれた位置では、上記波長帯域で透明である。ただし、光源１００から放射した光が直接撮像部１１０に入射しないように、被検体１５０を配置した領域以外は光を通さない遮光部とする。つまり、光源１００から放射され、被検体１５０を透過した光のみが、保持部１０５の透明領域を通過して、撮像部１１０に入射するように構成されている。このような装置構成において、被検体１５０の血管を血流変化部１３０が圧迫し、その後解放する間に、撮像部１１０は被検体１５０の複数の血管像を撮像し、制御・処理部１２０はそれら画像を処理して出力部１４０に出力する。
【００１５】
図２（ａ）は、被検体として指の透過像を撮像した例（或る１フレームの画像）を示す。透過像２００は、血管２１０と、血管が確認されないバックグランド（背景組織）２２０と、を含む。なお、画像２００に見られる黒点２０１は、後述する位置合わせのためのマーカーである。
【００１６】
図２（ｂ）は、画像２００における幾つかの血管部位（図２（ｂ）中の点線）とバックグランド部位（図２（ｂ）中の実線）との画素の輝度値の変化を、撮像したフレームの関数としてプロットした図である。図中、１０フレームの手前で、カフによる圧迫を開始し、７０フレームを少し過ぎてからカフを解放している。これらのタイミングに応じて、輝度値が変化していることが確認できる。前述したように、カフ圧迫開始のタイミングで輝度値が増加（光の吸収が減少）し、カフ解放のタイミングで輝度値が減少（光の吸収が増加）している。つまり、カフを用いて血管における血流量が変化させられ血管を含む部位の像の輝度値が時間変化している。
【００１７】
図２（ｂ）に示すように、カフによる輝度値の変化態様は、注目する位置の画素が血管部位かバックグランド部位かに依らず、ほぼ同じように変化している。カフによる血流の変化は、血管の吸収コントラスト変化として現れるが、バックグランドの吸収コントラストにも影響が及んでいることが分かる。ただし、バックグランド部位であっても、被検体を透過した光は多重に散乱された光なので、伝搬の過程で血管部位を透過した光も多く含んでいると予想される。
【００１８】
次に、図３は、図２（ｂ）に示した１〜１００までのフレームの撮像画像のうち、画像を生成するために用いる選択フレームの範囲を変えたときの時間的な標準偏差画像σ（ｘ，ｙ）を示したものである。ここで、時間的な標準偏差画像とは、Ｒｏｎｇ  Ｌｉｕ，  Ｊｉａ  Ｑｉｎ，  ａｎｄ  Ｒｕｉｋａｎｇ  Ｋ．  Ｗａｎｇ，  ”Ｍｏｔｉｏｎ−ｃｏｎｔｒａｓｔ  ｌａｓｅｒ  ｓｐｅｃｋｌｅ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｏｆ  ｍｉｃｒｏｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ  ｗｉｔｈｉｎ  ｔｉｓｓｕｅ  ｂｅｄｓ  ｉｎ  ｖｉｖｏ”，  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ  Ｏｐｔｉｃｓ，  Ｖｏｌ．１８（６），  ０６０５０８  （２０１３）にあるように、複数フレームの対応する画素位置（ｘ，ｙ）について、時間（フレーム数）方向の標準偏差σ（ｘ，ｙ）を算出し、これを画像化したものである。このσ（ｘ，ｙ）は後述の式４のσＤ（ｘ，ｙ）で、Ｄ（ｘ，ｙ）をＩ（ｘ，ｙ）で置き換えたものに相当する。その意味で、基本的な標準偏差の計算方法としては、式４や式７と同様であるが、式４や式７では、式３による隣接フレーム間の比率の画像Ｄ（ｘ，ｙ）に対して標準偏差、或いは比率の画像Ｄ（ｘ，ｙ）の差分のΔＤ（ｘ，ｙ）に対して標準偏差を算出している。
【００１９】
図３（ａ）は、撮像した全てのフレームを用いて標準偏差画像を算出した結果である。これに対し、フレーム３０〜７０（図３（ｂ））やフレーム８０〜９０（図３（ｃ））を選択して生成した標準偏差画像では、血管部位が黒く映っている。これは、血管部位では画像Ｉ（ｘ，ｙ）の輝度値が小さく、且つ図２（ｂ）より、これらのフレーム範囲では、輝度値の変化も小さいため、標準偏差が小さくなるからである。
【００２０】
一方、輝度値に大きな変化があったフレームを含む、フレーム５０〜８０（図３（ｄ））、フレーム６０〜８０（図３（ｅ））、フレーム７０〜８０（図３（ｆ））、フレーム８〜２０（図３（ｇ））で生成した標準偏差画像は、次の様になっている。すなわち、血管部位が部分的或いは全体的に白く映っている（標準偏差が大きい）のが確認できる。これに対し、輝度値の大きな変化を含むフレーム７０〜９０（図３（ｈ））やフレーム７０〜１００（図３（ｉ））で生成した標準偏差画像では、血流変化の小さい画像（図３（ｂ）、（ｃ））と同様に、血管部位の標準偏差が小さい。つまり、図３の画像において、血管部位が黒から白に反転している場合は、血流変化が敏感に捉えられていると解釈できる。このように、血流変化のタイミングに対応して、血管部位の標準偏差σ（ｘ，ｙ）が大きくなるフレームの選び方が存在する。
【００２１】
図４（ａ）は、カフ解放のタイミングで血管像の輝度値が減少し、再びカフ解放直前の輝度値まで回復した範囲のフレーム（フレーム７３〜７７）を選択し、その範囲内で式１のように時間変化のコントラストＣ（ｘ，ｙ）を求めて画像化した結果である。
【００２２】
Ｃ（ｘ，ｙ）＝σ（ｘ，ｙ）／＜Ｉ（ｘ，ｙ）＞      式１
【００２３】
ここで、＜Ｉ（ｘ，ｙ）＞は、選択された範囲内で撮像された画像Ｉ（ｘ，ｙ）の平均である。ここでの演算処理は、変化範囲内の画像を含む複数の画像の、対応する画素間の時間変化に関する標準偏差と平均とを算出し、前記平均に対する前記標準偏差の比率を算出する処理である。つまり、同じ座標（ｘ，ｙ）における時間変化に関する標準偏差と平均とを算出し、前記平均に対する前記標準偏差の比率を算出する処理である。
【００２４】
図４（ａ）では、図２（ａ）に示した撮像画像と比べて、微小な血管も含めて血管像のコントラストが向上し、血管の視認性が向上している。ここで、図４（ａ）の画像２５０における局所領域２６０（図中の点線で囲まれた領域）に注目する。領域２６０には、微小な血管が確認できる。この領域２６０に対し、式２のように平均的な画像のコントラスト値Ｖを評価する。
【００２５】
Ｖ＝（Ｉｍａｘ−Ｉｍｉｎ）／（Ｉｍａｘ＋Ｉｍｉｎ）      式２
【００２６】
ここで、Ｉｍａｘ及びＩｍｉｎはそれぞれ領域２６０における輝度値の最大値及び最小値を示す。
【００２７】
図４（ｂ）は、選択するフレームの範囲を変えながらコントラスト画像Ｃ（ｘ，ｙ）を生成し、領域２６０におけるコントラスト値Ｖを評価した結果である。横軸は、フレーム７３〜７７（５フレーム）を血流が充分に大きく変化した範囲（例えば、隣接フレーム間の輝度値の変化率の絶対値が所定の閾値以上の範囲と規定できる変化範囲）と定義したときに、選択したフレーム範囲に占める変化範囲の割合を示している。例えば、フレームの選択範囲を７３〜７７（５フレーム）とすれば、その割合は１００％である。また、フレームの選択範囲を７０〜８０（１１フレーム）とすれば、その割合は４５．５％である。フレームの選択範囲を広げていく（つまり割合が低下する）と、徐々にコントラストＶが減少していくのが確認できる。
【００２８】
このとき、選択範囲をフレーム７０〜８０とした場合を基準に、選択範囲の始点を広げた（フレーム７０よりも時間的に早いフレームを含める）場合と、終点を広げた（フレーム８０よりも時間的に遅いフレームを含める）場合とでコントラストＶを比較する。図中では、前者を白丸で、後者をアスタリスクでプロットしている。前者の方が後者に比べ、フレームの選択範囲を広げても、コントラストＶの減少の程度が小さい。言い換えれば、フレーム範囲の選択において、終点の選び方は、始点の選び方よりも、コントラストＶへの影響が大きい。これは、図３に示した標準偏差画像σ（ｘ，ｙ）の結果と対応する。例えば、図３（ｆ）を基準に、図３（ｅ）と（ｈ）、或いは図３（ｄ）と（ｉ）とを比較した結果と対応する。この理由として、まず、フレーム７３〜７７のカフ解放直後は、血管部位の血流が大きく変動するために血管部位の標準偏差が相対的にバックグランドのそれに比べて大きくなる。その後、フレーム７７以降は、図２（ｂ）より、バックグランド部位で特に輝度値の変動が大きいことが確認できる。つまり、バックグランド部位で標準偏差の値が大きくなる。従って、相対的に血管部位とバックグランド部位とでコントラストが小さくなってしまう。これが、選択範囲の終点を広げると画像のコントラストが低下する理由である。このことは、例えば、選択するフレームをそれぞれ、６０〜７０、７０〜８０、８０〜９０と３つに分け、それぞれでコントラスト画像Ｃ（ｘ，ｙ）を作成して比較することでも確認できる。
【００２９】
この結果を踏まえ、フレームの選択範囲として、図５に示すように、画像の輝度値が急激に変化した範囲を選択することが好適である。なお、図５は図２（ｂ）に示すプロットの１つを表示したものである。範囲の決め方は、輝度値の変化を例えば隣接フレーム間の差分値で評価し、変化が急激に大きくなった点（差分値の絶対値が所定の値以上である点）を始点とし、始点の輝度値とほぼ同程度の輝度値に再び戻った点を終点とするように決めてもよい。始点や終点の取り方は、その前後で多少ずれても構わない。ただし、特に変化範囲１（カフ解放側の変化範囲）において、終点の選択には、図４（ｂ）で説明したような点を考慮した方がよい。
【００３０】
図５に示す変化範囲１や変化範囲２をフレームの選択範囲として、式１に示す処理を実行することで、コントラストが、より向上した血管像を生成することが可能になる。ただし、変化範囲１や変化範囲２の少なくとも一部と該変化範囲外の他のフレームとをフレームの選択範囲に含ませる手法も本発明は排除するものではない。こうした場合でも、一定の効果あれば採用することができる。
【００３１】
図６（ａ）に変化範囲１を選択した場合、図６（ｂ）に変化範囲２を選択した場合について、それぞれコントラスト画像Ｃ（ｘ，ｙ）を生成した結果を示す。変化範囲１（カフ解放側の変化範囲）と変化範囲２（カフ圧迫開始側の変化範囲）とを比較した場合、前者の方が、血管像のコントラストがより明瞭になるので望ましい。ただし、変化範囲１と変化範囲２とでは、若干、微小血管の見え方が違って見えている箇所もある。このように、血管像の見え方が変化範囲の選択（カフ圧迫の直後とカフ解放直後）で異なって見える可能性もあるので、２つの変化範囲でそれぞれコントラスト画像Ｃ（ｘ，ｙ）を生成して血管像を評価してもよい。
【００３２】
以上のように、撮像画像の輝度値の変化に着目し、血流変化が大きい範囲に限定して或いは含んで、統計的な処理を含む演算処理を実行することが本発明の特徴である。これにより、血管の像ないし情報を高コントラスト（精度よく）に取得することが可能になる。上記実施形態によれば、カフなど外因的に血流を変化させる手段（血流変化部）を利用して血管の血流を変化させながら複数枚撮像された画像データから、高コントラストな血管像を生成することが可能な情報取得装置などを実現できる。
【００３３】
（実施例）  以下に、本発明の実施例について説明する。本実施例の例示的な装置構成は図１に示したものと同様である。被検体１５０は、手の指であり、関節部位からその周辺に至るまでの血管の画像ないし情報を取得することが本実施例の情報取得装置、撮像装置及び情報取得方法の目的である。
【００３４】
光源部を構成する光源１００はＬＥＤアレイで、中心波長８１０ｎｍの波長領域の光を放射する。被検体１５０に照射する照明光により撮像領域（注目する血管を含む部位）を一括で照射するように、ＬＥＤアレイのサイズを決めればよい。或いは、光学系を介してＬＥＤ光源から発した光を、所望のサイズの平行光に調整して照射してもよい。また、光量分布を均一にして被検体１５０に照射するために、拡散板を用いてもよい。或いは、指を撮像する場合、関節部位は透過率が他と比べて高いので、関節部位に照射する光量を小さくし、それ以外の部位に照射する光量を強くするなど、照明光に強度分布を与えてもよい。なお、照明光の光強度は、被検体１５０に照射しても安全上問題ない強度に調整されている。ここで、本装置は透過光の撮像に限定されず、被検体１５０からの反射光を撮像してもよい。
【００３５】
被検体１５０の指を保持する保持部１０５は、撮像中に指が動かないようにそれを固定できるようになっている。例えば、保持部１０５は、被検体の指の形状に合わせて、指を置く位置の形態が決められている。また、指が置かれる位置の部分は、光が透過するように透明であり、それ以外の部分は光が透過しないように構成されている。さらに保持部１０５は、カメラ１１０のダイナミックレンジの関係上、特に指と指の間から光が漏れないように、適宜の態様で十分遮光できる形態を有していることが望ましい。
【００３６】
撮像部であるカメラ１１０は、上記波長帯域を含め、近赤外帯域で使用可能な光学系と、同帯域に感度があるセンサを有する。カメラ１１０は、血流変化部１３０により血管の血流が時間的に変化させられた被検体１５０の血管を含む部位を複数回撮像する。血流を変化させる時間内でできるだけ多くの画像を取得するために、フレームレートが速い高速カメラであることが望ましい。撮像時間は、一例として、３０秒から１分で、その間、カメラの撮像を動画モードとし、毎秒５フレームから２０フレームで被検体１５０の透過像を取得する。撮像時間は、これより短くてもよいし、これより長い時間、観察することも可能である。
【００３７】
血流変化部１３０として、カフを用いる。カフは、例えば図１に示すように、撮像する手の腕部分に配置する。図９は、カフの印加圧力の時間変化を模式的に示した図である。撮像開始時の印加圧力は０ｍｍＨｇである。撮像開始後１０秒後に、印加圧力を５秒間で１４０ｍｍＨｇまで上げる（カフ圧迫）。その圧力の状態で１０秒間保った後、５秒間で印加圧力を０ｍｍＨｇまで下げる（カフ解放）。その後、更に１０秒間撮像を続けた後に撮像を終了する。カフを装着する部位は、腕に限定されず、撮像部位において図５に示すような光強度の時間変化が観察できれば、どこであってもよい。また、圧迫する圧力は上記の値に限定されないが、一時的に静脈を閉塞させて撮像部位をうっ血状態にした後に圧力を解放すると大きな血流の変化が得られるため、圧迫の圧力を例えば、被検者の最高血圧程度、或いはそれを少し上回る程度とするのがよい。圧迫してから解放するまでの圧迫時間も、被検者に合わせて任意に調整することができる。
【００３８】
ＰＣ（コンピュータ）１２０は、制御部と処理部を兼ね、ＬＥＤアレイ１００やカメラ１１０、及びカフ１３０の制御を行う。また、ＰＣ１２０は、カメラ１１０の動画撮像によってカメラ１１１０から出力される画像の信号に対して、後述の処理を実行する処理部としても動作する。処理後の画像データないし情報は、ディスプレイ１４０に表示される。ディスプレイ１４０に表示された血管像などを評価することで、例えば、関節リウマチの診断を行う。
【００３９】
図７は、本実施例の測定フローを模式的に示したものである。Ｓ１０（ステップ１０）で、ＰＣ１２０は、ＬＥＤアレイ１００とカメラ１１０を制御し、被検体１５０に照明光を照射し、その透過光の撮像を開始する。Ｓ２０からＳ３０において、図９に示したように、ＰＣ１２０はカフ１３０を制御して、カフによる圧迫を開始し、その後カフを解放する。このとき、被検者の血圧に合わせて、ＰＣ１２０はカフの圧迫力や、解放までの圧迫時間などを制御するとよい。その後、Ｓ４０でＰＣ１２０はＬＥＤアレイ１００とカメラ１１０を制御して、照明光の照射を停止し、撮像を終了する（第１の画像群の生成）。撮像された画像は、カメラ１１０からＰＣ１２０へ転送され、Ｓ５０において以下で説明する画像処理を実行する。Ｓ５０の画像処理によって生成された画像などは、ディスプレイ１４０に表示される。
【００４０】
次に、Ｓ５０の画像処理について、図８の処理フローを用いて説明する。Ｓ５１で、カメラ１１０から転送された画像について、前処理を行う。前処理として、複数枚撮像された画像の位置合わせ処理がある。これは、被検者の撮像部位が撮像時間中に動くことがあるためである。撮像部位が保持部１０５に固定されていても、呼吸などの規則的な動きや、或いは予期していない動きが発生する場合がある。このような動きが発生すると、上記の式１の演算処理のように画素ごとに時間方向の処理を行う場合に、注目する位置がずれてしまうため、正しく処理を実行できなくなることがある。従って、撮像した画像間で予め位置を合わせておく必要がある。位置合わせの方法として、指の形状や、血管像、指紋、皺、傷などを画像内の特徴点として用い、これらの特徴点を少なくとも１つ以上（例えば１直線上にない３点）用いて、画像間の平行移動や回転、倍率合わせなどを行って位置を合わせることができる。或いは、撮像前に被検体１５０の撮像部位にマーカーを付与し、これを特徴点として用いてもよい。図２〜図４などに示したマーカー２０１は、この位置合わせ用のマーカーである。
【００４１】
さらに、前処理として、撮像部位中で特に注目したい領域があれば、その領域のみを撮像画像から抽出するなどの処理を行ってもよい。また、露光量などの撮像条件に応じて、規格化などのキャリブレーションが必要な場合は前処理で実行する。或いは、撮像画像に対して一般的なノイズ除去などの処理を行ってもよい。こうした前処理は必要に応じて実行すればよく、必ずしも実行する必要はない。
【００４２】
次にＳ５２で、図２（ｂ）や図５に示したような輝度値の時間変化のデータを抽出する。前述したように、基本的に、この血流変化に対応した輝度値の時間変化は、画像中の血管部位、バックグランド部位に関係なくモニタできる。Ｓ／Ｎの観点から、輝度値が或る程度大きい（明るい）位置の１以上の画素に着目してデータを抽出するとよい。なお、或る１画素に着目してデータを抽出してもよいし、その近傍の画素まで含めた輝度値の平均値に対して、時間変化のデータを抽出することもできる。
【００４３】
Ｓ５３では、図５に示すように、輝度値に大きな変化がある変化範囲を特定する。これは、例えば、カフ圧迫開始のタイミングで変化が起こる変化範囲２か、或いはカフ解放のタイミングで変化が起こる変化範囲１に対応する部分である。変化範囲の決め方は、前述したように差分値で評価するとよい。例えば、評価しようとしている隣接フレーム間の差分値と、そのｎ枚手前（時間的に早い）までの隣接フレーム間の差分値の平均値と、を比較して、後者に対する前者の比率が或る閾値以上であればその点を変化範囲の始点として定義する。その始点とほぼ同程度の輝度値に再び戻った点を終点とすることで変化範囲を定義することができる。または、図３で示したように、或る画素位置（ｘ，ｙ）の標準偏差画像σ（ｘ，ｙ）を算出し画像中の血管部位が黒から白く反転するような範囲を変化範囲と決めることも可能である。これらの変化範囲は、始点や終点において前後に多少移動することもできる。つまり、変化範囲は過度に厳密に決める必要はなく、適宜に余裕を持たせて決めてもよい。
【００４４】
前述した様に、ここでの変化範囲は、輝度値の変化率の絶対値が所定の閾値以上となる位置である始点と、輝度値が前記始点における輝度値に再び戻る位置である終点と、を基準にして決める。つまり、前記始点と前記終点のそれぞれ前後で、変化範囲を決める。前記始点は、血流変化部が被検体に圧迫を開始するのに対応して輝度値が変化する点に基づいて決めることができる。或いは、前記始点は、血流変化部が被検体への圧迫を解放するのに対応して輝度値が変化する点に基づいて決めることができる。変化範囲は、第１の画像群から複数の画像を選択して、前記複数の画像の対応する画素間の時間変化に関する標準偏差を算出し、前記血管を含む部位の前記標準偏差の値に基づいて決めることもできる。また、前記画像の各一部は、該一部の画素の輝度値が所定値より大きい領域に設定するのが好適である。さらに、前記画像の各一部の輝度値の時間変化は、該一部の複数の画素の平均輝度値から判定することができる。
【００４５】
或いは、図５のプロットをディスプレイ１４０に表示させて、使用者がプロットを見ながら目視で変化範囲を定義してもよい。ただし、変化範囲は、輝度値の特徴的な変化態様を含む範囲に限定した方がよい。変化範囲を必要以上に広げると、図４（ｂ）に示したように、血管像のコントラストが低下することがある。他方、変化範囲が極端に狭くて、十分な数の画像（フレーム）が確保できなくなると、生成した画像のノイズが増えてしまうことがある。このような場合は、前述の理由から、変化範囲の始点を少し広げて、処理する画像数を増やすことで、ノイズを低減することができる。或いは、変化範囲が極端に狭いと判断されれば、カメラ１１０のフレームレートの設定を上げて再度撮像を行うことで、撮像画像数を増やしてもよい。このように、変化範囲の大きさについては、生成する画像のＳ／Ｎと血管像のコントラストとはトレードオフの関係にあるため、適切にフレーム範囲を設定する必要がある。
【００４６】
また、変化範囲は前述の変化範囲１或いは変化範囲２のどちらか一方を選択してもよいし、その両方を選択して、以降の処理を行ってもよい。変化範囲を特定したら、Ｓ５４において、対応するフレーム範囲の画像を選択する（第２の画像群の生成）。
【００４７】
次にＳ５５では、選択されたフレーム範囲の画像に対して、式１に示す処理を行い、各画素位置（ｘ，ｙ）においてコントラスト画像Ｃ（ｘ，ｙ）を算出する。或いは、以下のような処理を行ってもよい。すなわち、まず、式３のように、隣接するｉ番目の画像Ｉｉ（ｘ，ｙ）と（ｉ＋１）番目の画像Ｉｉ＋１（ｘ，ｙ）の比率の画像Ｄｉ（ｘ，ｙ）を計算する。
【００４８】
Ｄｉ（ｘ，ｙ）＝Ｉｉ（ｘ，ｙ）／Ｉｉ＋１（ｘ，ｙ）      式３
【００４９】
そして、この画像Ｄｉ（ｘ，ｙ）に対して、次の式４のように標準偏差σＤ（ｘ，ｙ）を計算する。
【００５０】
σＤ（ｘ，ｙ）＝［Σｉ＝１Ｎ（Ｄｉ（ｘ，ｙ）−＜Ｄ（ｘ，ｙ）＞）２／（Ｎ−１）］１／２      式４
【００５１】
ここで、Ｎは変化範囲に含まれるフレーム数、＜Ｄ（ｘ，ｙ）＞は、隣接フレーム間比率の画像Ｄ（ｘ，ｙ）の平均である。ここでは、演算処理は、変化範囲内の画像を含む複数の画像の対応する画素間について、隣接して撮像された画像の比率を算出することで隣接画像間の比率画像を生成し、前記比率画像に対して、時間変化に関する標準偏差を算出する処理である。
【００５２】
上記コントラスト画像Ｃ（ｘ，ｙ）の代わりに、このσＤ（ｘ，ｙ）を算出して表示しても血管像のコントラストＶが向上した画像を得ることができる。
【００５３】
さらに式５のように、式１と同様のコントラスト画像ＣＤ（ｘ，ｙ）を求めてもよい。
【００５４】
ＣＤ（ｘ，ｙ）＝σＤ（ｘ，ｙ）／＜Ｄ（ｘ，ｙ）＞      式５
【００５５】
ここでは、前記隣接画像間の比率画像に対して算出した前記標準偏差を、更に第２の画像群の画像における前記比率画像の平均で除算する処理を行う。
【００５６】
または、前記Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ  Ｏｐｔｉｃｓ，  Ｖｏｌ．１８（６），  ０６０５０８  （２０１３）の論文に開示されているように、以下のように画像Ｄ（ｘ，ｙ）の差分画像に対して標準偏差を計算することもできる。すなわち、まず、式６の計算を行う。
【００５７】
ΔＤｉ（ｘ，ｙ）＝［Ｄｉ（ｘ，ｙ）−Ｄｉ＋１（ｘ，ｙ）］／２      式６
【００５８】
次に、ΔＤｉ（ｘ，ｙ）に対して、次の式７のように標準偏差σΔＤ（ｘ，ｙ）を計算する。
【００５９】
σΔＤ（ｘ，ｙ）＝［Σｉ＝１Ｎ（ΔＤｉ（ｘ，ｙ）−＜ΔＤ（ｘ，ｙ）＞）２／（Ｎ−１）］１／２    式７
【００６０】
或いは、変化範囲内において、画像Ｄ（ｘ，ｙ）の画素ごとに最大値と最小値を求め、それらの差分から画像を生成してもよい。Ｓ５５では、上述のような統計処理を含む、様々な演算処理を適用することができる。ここで、統計処理は、演算処理に含まれるものであり、主に最大値と最小値、平均値、標準偏差、分散に代表される、多数のデータを処理して或る値を算出する処理である。
【００６１】
また、上述の演算後に、必要に応じて後処理としてメディアンフィルタなどのノイズ除去処理等を行ってもよい。例えば、隣接フレーム間比率の画像Ｄ（ｘ，ｙ）は、比率を計算するため、輝度値が小さい画素ではノイズが目立つこともある。このような場合は、ノイズ除去処理を行うと効果的である。
【００６２】
最後に、Ｓ５５で得られた結果を、Ｓ５６で画像データなどとして、ディスプレイ１４０に表示する。このとき、鮮明に血管像が確認できるように、画像データに基づいて、輝度値の表示範囲を適切に設定するとよい。また、Ｓ５３で変化範囲１と変化範囲２の両方を選択した場合は、２つの処理された画像をディスプレイ１４０に表示し、異なる血流状態での血管像を比較してもよい。
【００６３】
カフによる血流変化のタイミングを考慮しないで、単純に全ての撮像データを用いて、式１や、或いは式３、式４の処理を行うと、図２（ａ）に示した処理前の撮像画像よりも低コントラストの画像が得られたり、ノイズが目立つ画像となったりすることがある。上記のように適切にデータを選択することで、血管像をより明確に可視化することができ、１枚１枚のフレームの画像からは視認するのが非常に困難な小さい血管まで確認することができる。或いは、血管像に関するより正確な情報を取得することができる。
【００６４】
ここで、光源１００は上記の如きＬＥＤに限定されず、レーザー光などを用いてもよい。或いは、可視から近赤外に至る広帯域の光を放射する光源を用い、撮像部１１０で波長フィルタ等を用いて分光画像を撮像することも可能である。波長フィルタは、Ｓ／Ｎが十分確保できれば、任意に波長幅を変えてもよい。こうして、微小な血管が高コントラストに可視化された画像に対して、さらに分光情報を付与することができる。一例として、酸化ヘモグロビン、還元ヘモグロビン、水、脂肪等の吸収スペクトルに特徴のある波長の光を中心に、分光画像を生成し、これら要素の成分比率を画像化することができる。特にヘモグロビンの情報から、血中の酸素飽和度などの代謝情報を画像などとして可視化することも可能である。
【００６５】
また、上記では、Ｓ１０〜Ｓ４０において、カフ圧迫開始の少し前から、圧迫中を含め、カフ解放後しばらくの間に至るまで、常に撮像部１１０は被検体１５０を撮像していた。これに対し、変化範囲は、カフによる圧迫や、解放のタイミングの前後に限られるので、カフ圧迫の近傍とカフ解放の近傍のみ集中的に撮像を行い、それ以外では撮像を停止していてもよい。また、血流変化手段としてカフを用いて説明したが、カフ以外に、被検体の血流を外部から変化させる手段があれば、それを利用してもよい。
【００６６】
以上、本発明を例示的な実施形態と実施例を参照して説明したが、本発明は上述の実施形態や実施例に限定されない。本発明の一側面の要旨を規定する添付の特許請求の範囲は、上述の実施形態や実施例の変形、変更、並びに同等の構造及び機能をすべて含むように最も広い意味で解釈されるべきである。
【符号の説明】
【００６７】
１１０：撮像部（撮像装置）、１２０：処理部（処理装置、第一部、第二部、第三部）、１５０：被検体
【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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