(57)【要約】【課題】穿刺器具の構成がどのようなものであっても、被穿刺物の内部に穿刺された針の先端位置を、正確に推定することが可能な針先端位置推定装置、及び針先端位置推定方法を提供する。【解決手段】本発明に係る針先端位置推定装置は、照明部と、画像取得部と、針先端位置推定部と、を備えている。照明部は、針に対して光を照射する。画像取得部は、針と、この針が穿刺される被穿刺物と、照明部によって照明された針の被穿刺物に投影される針影と、を含む画像を取得する。針先端位置推定部は、画像取得部が取得した画像と、針情報と、に基づいて、被穿刺物内に穿刺されているときの針先端予測位置を決定する。針情報は、画像取得部が取得した画像における針先端位置と針影先端位置とが一致した時の画像上の針の長さを示す針画像長を含む。【選択図】図４
2009172003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
針に対して光を照射する照明部と、
前記針と、この針が穿刺される被穿刺物と、前記照明部によって照明された前記針の被穿刺物に投影される針影と、を含む画像を取得する画像取得部と、
前記画像取得部が取得した前記画像と、この画像における針先端位置と針影先端位置とが一致したときの前記画像上の前記針の長さを示す針画像長を含む針情報と、に基づいて、前記針が前記被穿刺物内に穿刺されているときの針先端予測位置を決定する針先端位置推定部と、
を備える、針先端位置推定装置。
【請求項２】
前記画像取得部が取得した画像と前記針先端位置推定部が決定した前記針先端予測位置とを提示する提示部をさらに備える、
請求項１に記載の針先端位置推定装置。
【請求項３】
前記針先端位置推定部は、
前記針情報を抽出する針情報抽出部を有し、
前記針情報は、前記画像取得部が取得した前記画像における、針方向、前記針先端位置および針後端位置をさらに含み、
前記針情報抽出部が抽出した前記針情報に基づいて、前記針先端予測位置を算出する針先端予測位置算出部と、
を有する、
請求項１または２に記載の針先端位置推定装置。
【請求項４】
前記針先端位置推定部は、
前記画像取得部が取得した前記画像から、前記針影先端位置を含む針影情報を抽出する針影情報抽出部と、
前記針先端位置と前記針影先端位置とが一致しているときに、一致信号を出力する一致検出部と、
前記一致信号が出力されているときはＯＮ状態になり、前記一致信号が出力されていないときはＯＦＦ状態になるフラグ、を記憶するフラグ記憶部と、
前記フラグがＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わる時の前記針画像長を記憶する、針画像長記憶部と、
を有し、
前記針先端予測位置算出部は、前記針画像長記憶部に記憶された前記針画像長に基づいて、前記フラグがＯＮ状態のときに前記針先端予測位置を算出する、
請求項３に記載の針先端位置推定装置。
【請求項５】
前記針先端位置推定部は、針先端予測位置提示画像を形成する画像形成部をさらに備える、
請求項１から４のいずれか１項に記載の針先端位置推定装置。
【請求項６】
前記針先端予測位置算出部は、前記針後端位置から前記針方向に向かって前記針画像長記憶部に記憶された前記針画像長の長さ分離れた位置を、前記針先端予測位置と決定する、
請求項３から５のいずれか１項に記載の針先端位置推定装置。
【請求項７】
前記画像取得部は、取得した画像を白黒輝度画像として出力する、
請求項１から６のいずれか１項に記載の針先端位置推定装置。
【請求項８】
前記針情報抽出部は、
前記画像取得部が取得した前記画像に対し第１フィルタを走査して針抽出画像を形成し、
前記針抽出画像を第１閾値で二値化した第１二値化画像を生成し、
前記第１二値化画像における前記針を示す画素に対して、最小二乗法を用いて線分化し、
この線分から、前記針画像長、前記針方向、前記針先端位置および前記針後端位置を取得する、
請求項３から７のいずれか１項に記載の針先端位置推定装置。
【請求項９】
前記針情報抽出部は、前記画像において、前記線分に基づいて、前記針を含まない前記針の周辺を示す第１領域を決定し、
前記針影情報抽出部は、前記第１領域において、所定の長さを有しかつ第２閾値を閾値とする第２フィルタを走査して第２二値化画像を生成し、前記第２二値化画像の画素行列において、各行方向または各列方向に沿って、前記画像の両端部からそれぞれ走査して、画素値が変化したそれぞれの最初の画素を境界部画素とし、各行または各列において、それぞれの前記境界部画素の中心位置を抽出した第３二値化画像を形成し、前記第３二値化画像における前記中心位置に対応する画素に対して、最小二乗法を用いて線分化し、この線分から、針影先端位置を決定する、
請求項８に記載の針先端位置推定装置。
【請求項１０】
前記一致検出部は、
前記針先端位置を中心として第２領域を決定し、
前記第２領域に前記針影先端位置が存在するとき、前記針先端位置と前記針影先端位置とが一致したと判断する、
請求項４から９のいずれか１項に記載の針先端位置推定装置。
【請求項１１】
前記フラグがＯＦＦ状態の場合、前記針先端位置に基づいて、前記針の先端位置を決定する、
請求項４から１０のいずれか１項に記載の針先端位置推定装置。
【請求項１２】
針に対して光を照射する第１ステップと、
前記針と、この針が穿刺される被穿刺物と、前記第１ステップによって光が照射された前記針の被穿刺物に投影される針影と、を含む画像を取得する第２ステップと、
前記第２ステップで取得した前記画像と、この画像における針先端位置と針影先端位置とが一致したときの前記画像上の前記針の長さを示す針画像長を含む針情報と、に基づいて、前記針が前記被穿刺物内に穿刺されているときの針先端予測位置を決定する第３ステップと、
を備える、針先端位置推定方法。
【請求項１３】
前記第３ステップは、
前記第２ステップで取得した前記画像から、前記針影先端位置を含む針影情報を抽出する第５ステップと、
前記針先端位置と前記針影先端位置とが一致しているか否かを判断する第６ステップと、
前記第６ステップにおいて前記針先端位置と前記針影先端位置とが一致していると判断された場合、予めＯＦＦ状態で記憶されているフラグをＯＮ状態に更新する第７ステップと、
前記フラグがＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わる時の前記針画像長を記憶する第８ステップと、
前記第８ステップにおいて記憶された前記針画像長に基づいて、前記フラグがＯＮ状態のときに前記針先端予測位置を算出する第９ステップと、
をさらに有する、
請求項１２に記載の針先端位置推定方法。
【請求項１４】
前記第３ステップで決定した前記針先端予測位置を提示する第４ステップをさらに備える、
請求項１２または１３に記載の針先端位置推定方法。
【請求項１５】
前記第４ステップは、前記第３ステップで決定した前記針先端予測位置を表示装置によって表示する、
請求項１４に記載の針先端位置推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、針を穿刺する作業を支援する装置に関するものであり、特に被穿刺物内における針の先端位置を推定する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
医師または看護師が、患者の腕等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および挿入すべき患者の静脈の正確な位置を確認し、注射針を刺して血管確保を行う。この作業を支援する装置として以下のような装置がある。それは、まず、カメラで撮像した血管と注射針との各映像フレームから、血管および注射針の画像とを画像処理を用いて抽出する。次に、抽出された血管像から血管強調画像を生成する。そして、抽出された注射針の情報から、穿刺中の皮下に隠れて見えない針の先端位置（針先端予測位置）を推定する。最後に、推定された針先端予測位置を模式的に表した針先端マーク画像と、血管強調画像と、を合成して液晶ディスプレイ等に表示する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１３に、従来の針先端位置提示装置１０００のブロック図を示す。画像取得手段１１０２から発光の指示を受けた照明手段１１０１は、可視光と近赤外光とをそれぞれ交互に発光する。これらの光は被穿刺物である腕に照射さる。画像取得手段１１０２は、可視光照射時の腕からの反射光を撮像して可視光画像を取得する。また、近赤外光照射時の腕からの反射光を撮像して近赤外画像を取得する。針先端位置推定手段１１０３は、可視光画像から腕の皮下に存在する針の先端位置を推定して針先端マーク画像を生成する。血管位置検出手段１１０４は、近赤外画像から血管部分を抽出して強調した血管強調画像を生成する。表示手段１１０５は、生成された血管強調画像に針先端マーク画像を合成した合成画像を生成して表示する。
【０００４】
以下に、図１４、図１５（ａ）および図１５（ｂ）を用いて従来の針先端位置推定手段１１０３が行う処理の概要を説明する。まず、注射器を腕に刺す前にキャリブレーション動作として、図１５（ａ）に示すように画素長ＰとＱとを抽出する。次に、図１４において、注射器画像抽出手段１２０１が注射器を撮影した可視光画像から注射器の輪郭と目盛とを抽出する。そして、これらを元に注射針先端位置検出手段１２０２にて針先端位置を検出して画素長ＰとＱとを抽出し記憶する。次に、看護師が患者の腕に注射針を穿刺した状態においては、図１５（ｂ）に示すように、針の先端は皮下にあるが、撮影した可視光画像から検出できる画素長Ｙ、及び、記憶していた画素長Ｐ、Ｑから、ＸはＰ／ＱにＹを乗算した画素長として算出され、皮下に隠れて見えない針先端位置を予測する。これは、図１４において、注射器画像抽出手段１２０１が可視光画像から注射器の輪郭と目盛とを抽出し、注射針先端位置算出手段１２０３がこれらの情報と前記記憶していたＰ、Ｑの情報から画素長Ｘを算出して皮下の針先端位置を算出する。注射針先端位置画像生成手段１２０４は、算出された皮下の針先端予測位置を元に、この針先端位予測置を強調した画像を生成し、針先端マーク画像として出力する。
【特許文献１】特開２００６−１３０２０１号公報（平成１８年５月２５日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のように、従来の技術では、画像取得手段によって取得した画像に基づいて、針を備えた注射器の輪郭やその表面に記された目盛を解析し、針の先端位置を推定していた。
しかしながら、上記従来技術では、注射器の目盛が正確に取得されていない場合や、目盛のない注射器などを使用する場合は、穿刺中の針の先端位置を正確に推定することができない。すなわち、針を備える機器（器具）の構成によっては、被穿刺物内に存在する針の先端位置を推定することができない場合がある。
【０００６】
本発明は、穿刺器具の構成にかかわらず、被穿刺物の内部に穿刺された針の先端位置を、正確に推定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明に係る針先端位置推定装置は、照明部と、画像取得部と、針先端位置推定部と、を備えている。照明部は、針に対して光を照射する。画像取得部は、針と、この針が穿刺される被穿刺物と、照明部によって照明された針の被穿刺物に投影される針影と、を含む画像を取得する。針先端位置推定部は、画像取得部が取得した画像と、針情報と、に基づいて、被穿刺物内に穿刺されているときの針先端予測位置を決定する。針情報は、画像取得部が取得した画像における針先端位置と針影先端位置とが一致した時の画像上の針の長さを示す針画像長を含む。
【０００８】
ここでは、被穿刺物内に穿刺された針の先端位置（針先端予測位置）を推定する針先端位置推定装置が、針を備える機器（器具）の形態に関わらず、針先端予測位置を決定することを可能にする構成を採用している。
【０００９】
ここで、針とは、例えば、医療用の注射器に備えられている注射針などである。また、被穿刺物とは、例えば、人間や動物の腕や足などである。したがって、針の影とは、例えば、人間の皮膚に映る注射針の影などである。
【００１０】
照明部とは、光源を有するものが好ましいが、光源を備えずに採光窓を有することによって外部の光を限定的に採り入れる構成を用いたものであってもよい。また、照明部の位置（角度）は、画像取得部が針と針影との識別が可能な画像を取得できるような位置であればよい。
【００１１】
また、画像取得部とは、例えば、可視光及び近赤外光を撮像可能で分光感度が高いカメラであることが好ましい。具体的には、各画素の輝度を８ビットで表わす白黒ＣＣＤカメラを用いることが好適である。また、このような撮像可能なカメラを備えず、外部機器から得たデータから画像を取得するものであってもよい。
【００１２】
そして、針先端位置推定部は、画像取得部が取得した針と針影との画像情報を解析し、被穿刺物の内部に入っている状態の針の先端位置（針先端予測位置）を決定する。例えば、針先端位置と針影先端位置とが一致した時の画像上の針の長さ（針画像長）を解析および記憶し、この記憶した画像上の針の長さを用いて穿刺中の針の先端位置（針先端予測位置）を決定する。針画像長とは、画像取得部が取得した画像に映る針の長さであって、例えば、１画素を単位長さとして表したものとすることができる。
【００１３】
なお、針先端位置とは、針が被穿刺物に穿刺されていない状態では、針の先端位置を意味し、針が被穿刺物に刺さっている状態では、針の非穿刺部分の先端位置、すなわち被穿刺物の表面と針との交点、を意味する。また、針先端予測位置とは、針が被穿刺物に穿刺されている状態における、針の先端位置を意味する。したがって、針先端予測位置とは、被穿刺物内における針の先端位置である。
【００１４】
このような構成により、針の先端部分と針影の先端部分が一致した時は、針を穿刺する直前であり、その後、針を被穿刺物内に穿刺しても針の空間的角度は変化しないため、画像上の針の長さ（穿刺部分の長さと非穿刺部分との長さの和）も変化しない。このため、従来技術のように、穿刺機器（器具）における非穿刺部分を、針の長さや先端位置を推定するための画像上の基準とする必要がない。
【００１５】
したがって、針先端予測位置を決定するために必要な他の基準物（例えば、上記目盛）を穿刺機器自身が備えている必要がなく、針を備えるどのような機器（器具）を使用した場合においても、針先端予測位置を推定することが可能になる。
【００１６】
この結果、例えば、注射器のように、人体に針を刺す場合において、この注射器の使用者が、常に針先端予測位置を把握することが可能になる。したがって、針を穿刺するときの正確性の向上や時間の短縮が図られ、被穿刺者（被穿刺物）側の負担を軽減することが可能になる。
【００１７】
第２の発明に係る針先端位置推定装置は、第１の発明に係る針先端位置推定装置であって、画像取得部が取得した画像と針先端位置推定部が決定した針先端予測位置とを提示する提示部をさらに備える。
【００１８】
ここでは、使用者に針先端予測位置を提示するための提示部をさらに備える。
ここで、提示部は、液晶や有機ＥＬなどの薄型のディスプレイであることが好ましい。あるいは、所定の用紙にプリントするプリント装置であってもよい。
【００１９】
これにより、使用者は、被穿刺物内に針を穿刺している間も、針の先端がどこに位置するかを、常時確認しながら針を穿刺することが可能になる。この結果、使用者の熟練度や技術力によらず、容易にかつ安定した穿刺作業を行うことが可能になる。
【００２０】
第３の発明に係る針先端位置推定装置は、第１または第２の発明に係る針先端位置推定装置であって、針情報抽出部と、針先端予測位置算出部と、を備える。針情報抽出部は、上記画像取得部が取得した画像から、針方向、針先端位置および針後端位置を含む針情報を抽出する。針先端予測位置算出部は、針情報抽出部が抽出した針情報に基づいて、針先端予測位置を算出する。
【００２１】
ここでは、針情報抽出部が画像から抽出した針情報に基づいて、針先端予測位置算出部が、針先端予測位置を算出する。
ここで、針方向とは、針の後端から先端に向けての方向である。針先端位置とは、上述した針先端位置と同一であるが、画像上では、穿刺する側の端部が映っている画素であってもよく、または、針の先端部分が映っている画素とその周辺の画素を含むものであってもよい。針後端位置とは、針の後端部分、すなわち針とこの針を備える機器（器具）との接点部分であり、画像上ではこの接点部分が映る画素であってもよく、または、その画素とその周辺の画素を含むものであってもよい。
【００２２】
これにより、針を穿刺する前に、画像取得部が少なくとも針全体を取得可能な位置から画像を取得することによって、針の位置が変化しても常に自動的に針先端位置および針先端予測位置を推定することが可能になる。
この結果、針を穿刺するときの正確性がさらに向上するため、微細な被穿刺物に対しても容易かつ安心して穿刺することが可能になる。
【００２３】
第４の発明に係る針先端位置推定装置は、第３の発明に係る針先端位置推定装置であって、針先端位置推定部が、針影情報抽出部と、一致検出部と、フラグ記憶部と、針画像長記憶部と、を備える。そして、針先端予測位置算出部は、針画像長記憶部に記憶された針画像長に基づいて、フラグがＯＮ状態のときに、上記針先端予測位置を算出する。針影情報抽出部は、画像取得部が取得した画像から、針影の先端位置を含む針影情報を抽出する。一致検出部は、針先端位置と針影先端位置とが一致しているときに、一致信号を出力する。フラグ記憶部は、一致信号が出力されている場合はＯＮ状態になり、一致信号が出力されていない場合はＯＦＦ状態になるフラグ、を記憶する。針画像長記憶部は、フラグがＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わる時の針画像長を記憶する。
【００２４】
ここでは、針影先端位置を抽出し、この針影先端位置と針先端位置とが一致した時の針画像長に基づいて、フラグがＯＮ状態のときすなわち針が被穿刺物内に存在するとき、針先端予測位置を算出する。
【００２５】
これにより、針を被穿刺物に穿刺する直前の状態において取得された画像の針画像長が記憶される。ここで、針の３次元的な角度は、穿刺する直前と穿刺した後とではほとんど変化しない。しかし、針の先端を穿刺する箇所まで針を移動させている間は、針の角度が多様に変化する。そして、画像取得部が取得した画像は、２次元画像となるため、針の３次元的角度によって、画像中の針の長さ（針画像長）が変化する恐れがある。このため、針の長さを正確に把握することが困難である。これらのことから、針の先端と針影の先端とが一致する時の針画像長を記憶および利用することによって、穿刺後の針先端予測位置を正確に決定することが可能になる。
したがって、針が被穿刺物に穿刺され、針の先端が目視することができない状態であっても、針先端予測位置を決定することが可能になる。
【００２６】
第５の発明に係る針先端位置推定装置は、第１から第４の発明のいずれか１つに係る針先端位置推定装置であって、針先端位置推定部が、針先端予測位置提示画像を形成する画像形成部をさらに備える。
【００２７】
ここでは、針先端位置推定部が決定した針先端予測位置を画像上で提示するために、針先端予測位置提示画像を形成する画像形成部を備える。
ここで、針先端予測位置提示画像における針の先端位置を示すマークは、例えば、矢印であってもよい。また、形成された針先端予測位置提示画像は、画像取得部によって取得された画像と合成して出力されることが好ましい。この出力先は、ディスプレイであってもよく、または、所定の用紙にプリントするためのプリント装置であってもよい。そして、ディスプレイや用紙上に提示されたときは、針方向と矢印が示す方向とが一致するように出力することが好ましい。
【００２８】
これにより、画像形成部が、針先端位置推定部によって決定された針先端予測位置を使用者に分かり易く提示するための画像を形成するため、針先端予測位置を明確に提示することが可能になる。
この結果、使用者は、容易かつ正確に針の先端が位置する場所や針の方向を確認することができる。
【００２９】
第６の発明に係る針先端位置推定装置は、第３から第５の発明のいずれか１つに係る針先端位置推定装置であって、針先端予測位置算出部が、針後端位置から針方向に向かって針画像長記憶部に記憶された針画像長の長さ分離れた位置を、針先端予測位置と決定する。
【００３０】
ここでは、針先端予測位置算出部が、針後端位置から針方向に向かって針画像長分離れた位置を、針先端予測位置として算出する。
これにより、針を穿刺する直前に取得された針の画像長と針方向とを用いて、針先端予測位置を決定することが可能になる。
したがって、自動的に、正確な針先端予測位置を算出することができる。
【００３１】
第７の発明に係る針先端位置推定装置は、第１から第６の発明のいずれか１つに係る針先端位置推定装置であって、画像取得部が、取得した画像を白黒輝度画像として出力する。
【００３２】
これにより、画像取得部が取得した画像に含まれるそれぞれの画素の画素値が、例えば、８ビットの画像であれば、０から２５５の２５６段階に段階化される。このため、例えば、画像処理を施すための閾値やフィルタの係数などが単純化され、簡易な処理および／または構成によって針先端予測位置を決定することが可能になる。
この結果、当該針先端位置推定装置の処理速度が向上し、また、コストダウンを図ることが可能になる。
【００３３】
第８の発明に係る針先端位置推定装置は、第３から７の発明のいずれか１つに係る針先端位置推定装置であって、針情報抽出部は、画像取得部が取得した画像に対し第１フィルタを走査して針抽出画像を形成し、針抽出画像を第１閾値で二値化した第１二値化画像を生成する。さらに、針情報抽出部は、第１二値化画像における針を示す画素に対して、最小二乗法を用いて線分化し、この線分から、針画像長、針方向、針先端位置および針後端位置を取得する。
【００３４】
ここでは、画像取得部が取得した画像に対して、第１フィルタの走査、二値化および最小二乗法を行うことによって形成された線分から、針画像長、針方向、針先端位置および針後端位置を取得する。
【００３５】
ここで、第１フィルタとは、例えば、所定の係数を順に並べたものであって、その係数は、−２、−１、０、１、２であってもよい。そして、この第１フィルタを走査するとは、第１フィルタによってフィルタリングすることであり、例えば、第１フィルタに含まれる係数を各画素に対して所定の演算を行うことなどを意味する。また、ここでの所定の演算とは、例えば、積和演算であってもよい。また、第１閾値とは、輝度に対する閾値であって、例えば、８ビットすなわち０から２５５の輝度を示す画像において、閾値は、１５０であってもよい。二値化画像とは、各画素が上記閾値によって「０」または「１」に置換された画像であって、例えば、「０」に対応する色を白とし、「１」に対応する色を黒として画像化したものであってもよい。
【００３６】
これにより、取得した画像を構成する複数の画素に対して、それぞれの画素値を用いて数値化されたパラメータを演算することによって画像処理を行うことができる。このため、取得した画像から、自動的かつ一義的に針情報を抽出することが可能になる。したがって、使用時毎にキャリブレーションを行ったり、使用者が各パラメータの書き換えを自ら行ったりする手間を省くことが可能になる。
【００３７】
第９の発明に係る針先端位置推定装置は、第８の発明に係る針先端位置推定装置であって、針情報抽出部は、前記画像において、上記線分に基づいて、針を含まない針の周辺を示す第１領域を決定し、針影情報抽出部は、第１領域において、所定の長さを有しかつ第２閾値を閾値とする第２フィルタを走査して第２二値化画像を生成し、第２二値化画像の画素行列において、各行方向または各列方向に沿って、画像の両端部からそれぞれ走査して、画素値が変化したそれぞれの最初の画素を境界部画素とし、各行または各列において、それぞれの境界部画素の中心画素を抽出した第３二値化画像を形成し、第３二値化画像における前記中心画素に対応する画素に対して、最小二乗法を用いて線分化し、この線分から、針影先端位置を取得する。
【００３８】
ここでは、針情報抽出部が決定した第１領域において、針影情報抽出部が、第２二値化、境界部画素の特定、第３二値化、最小二乗法を順に行うことによって形成された線分から、針影先端位置を決定する。
【００３９】
ここで、第１領域とは、第８の発明に係る針先端位置推定装置において生成された線分に基づいて生成され、例えば、その線分を一辺に含む矩形の領域であってもよい。また、その領域は、針を中心に照明部側とは反対側の領域であることが好ましい。境界部画素の中心位置とは、例えば、同一行の２つの境界部画素の間の画素が奇数である場合は、二つの境界部画素の中心となる画素であり、偶数の場合は、中心位置に隣接する二つの画素のうちのいずれか一方の画素である。したがって、第３二値化画像とは、例えば、同一行における２つの境界部画素の中心画素に対応した画素を１とし、同一行におけるそれ以外の画素を０とする二値化処理を各行に行った画像であってもよい。
【００４０】
これにより、取得した画像を構成する複数の画素に対して、それぞれの画素値を用いて数値化されたパラメータを演算することによって画像処理を行うことができる。このため、取得した画像から、自動的かつ一義的に針影情報を抽出することが可能になる。
したがって、使用時毎にキャリブレーションを行ったり、使用者が各パラメータの書き換えを自ら行ったりする手間を省くことが可能になる。
【００４１】
第１０の発明に係る針先端位置推定装置は、第３から第９の発明のいずれか１つに係る針先端位置推定装置であって、一致検出部は、針先端位置を中心として第２領域を決定し、この第２領域に針影先端位置が存在するとき、針先端位置と針影先端位置とが一致したと判断する。
【００４２】
ここでは、一致検出部が、第２領域を決定し、この第２領域内に針影先端位置が存在するとき、針先端位置と針影先端位置とが一致したと判断する。
ここで、第２領域とは、所定の縦横幅を有した画像上の領域であり、例えば、１０画素四方の領域であってもよい。
【００４３】
これにより、針の先端部分である穿刺部が極細であるために、穿刺部の影が画像によって認識することが困難な場合であっても、針が穿刺される前に、一致検出部は、針先端位置と針影先端位置とが一致したと判断することができる。
【００４４】
したがって、一致検出部が出力する一致信号のタイミングが遅れることを防ぐことができる。すなわち、針画像長記憶部に記憶される針画像長を実際の針画像長より短い針画像長として記憶することを防ぐことができる。これは、針を穿刺したときに、針先端予測位置が実際の位置より針後端部側に提示されると、実際は穿刺してはいけない領域（深さ）まで誤って穿刺してしまうおそれがある。しかしながら、当該針先端位置推定装置の構成によると、このようなおそれがないため、針の誤穿刺を防ぐことが可能になる。
【００４５】
第１１の発明に係る針先端位置推定装置は、第４から第１０の発明のいずれか１つに係る針先端位置推定装置であって、フラグがＯＦＦ状態の場合、上記針先端位置に基づいて、針の先端位置を決定する。
【００４６】
ここでは、針が被穿刺物に穿刺される前の状態において、取得した画像から針情報抽出部が抽出した針先端位置に基づいて、針の先端位置を決定する。
これにより、針の先端を提示するための処理が、針が穿刺される前と穿刺中とで明確に切り換えられる。このため、針の穿刺前は針先端位置に基づいて、針の穿刺中は針先端予測位置に基づいて、それぞれ針の先端位置を提示することができる。
【００４７】
したがって、使用者が、穿刺前の針の先端位置も確認することが容易になり、例えば、照明光が当たる角度によって針の先端が確認しにくくなるといった不具合を防止することが可能になる。
【００４８】
第１２の発明に係る針先端位置推定方法は、第１から第３ステップを備える。第１ステップは、針に対して光を照射する。第２ステップは、針と、この針が穿刺される被穿刺物と、第１ステップによって光が照射された針の被穿刺物に投影される針影と、を含む画像を取得する。第３ステップは、第２ステップで取得した画像と、この画像における、針先端位置と針影先端位置とが一致したときの画像上の針の長さを示す針画像長、を含む針情報と、に基づいて、針が被穿刺物内に穿刺されているときの針先端予測位置を決定する。
【００４９】
ここでは、被穿刺物内に穿刺された針の先端位置（針先端予測位置）を推定する針先端位置推定方法が、針を備える機器（器具）の形態に関わらず、針先端予測位置を決定することを可能にする方法を採用している。
【００５０】
ここで、針とは、例えば、医療用の注射器に備えられている注射針などである。また、被穿刺物とは、例えば、人間や動物の腕や足などである。したがって、針の影とは、例えば、人間の皮膚に映る注射針の影などである。
【００５１】
第３ステップは、第２ステップで取得した針と針影との画像から針と針影との情報を抽出および解析し、被穿刺物の内部に入っている状態の針の先端位置（針先端予測位置）を決定する。例えば、針先端位置と針影先端位置とが一致した時の画像上の針の長さ（針画像長）を解析および記憶し、この記憶した画像上の針の長さを用いて穿刺中の針の先端位置（針先端予測位置）を決定する。針画像長とは、第２ステップで取得した画像に映る針の長さであって、例えば、１画素を単位長さとして表したものとすることができる。
【００５２】
なお、針先端位置とは、針が被穿刺物に穿刺されていない状態では、針の先端位置を意味し、針が被穿刺物に刺さっている状態では、針の非穿刺部分の先端位置、すなわち被穿刺物の表面と針との交点を意味する。また、針先端予測位置とは、針が被穿刺物に穿刺されている状態における、針の先端位置を意味する。したがって、針先端予測位置とは、被穿刺物内における針の先端位置である。
【００５３】
このような方法により、針の先端部分と針影の先端部分が一致した時は、針を穿刺する直前であり、その後、針を被穿刺物内に穿刺しても針の空間的角度は変化しないため、画像上の針の長さ（穿刺部分の長さと非穿刺部分との長さの和）も変化しない。このため、従来技術のように、穿刺機器（器具）における穿刺されない部分を、針の長さや先端位置を推定するための画像上の基準とする必要がない。
【００５４】
したがって、針先端予測位置を決定するために必要な他の基準物（例えば、上記目盛）を穿刺機器自身が備えている必要がなく、針を備えるどのような機器（器具）を使用した場合においても、針先端予測位置を推定することが可能になる。
【００５５】
この結果、例えば、注射器のように、人体に針を刺す場合において、この注射器の使用者が、常に針先端予測位置を把握することが可能になる。したがって、針を穿刺するときの正確性の向上や時間の短縮が図られ、被穿刺者（被穿刺物）側の負担を軽減することが可能になる。
【００５６】
第１３の発明に係る針先端位置推定方法は、第１２の発明に係る針先端位置推定方法であって、上記第３ステップが、さらに、第５から第９ステップを有する。第５ステップは、第１ステップが取得した画像から、針影先端位置を含む針影情報を抽出する。第６ステップは、針先端位置と針影先端位置とが一致しているか否かを判断する。第７ステップは、第６ステップにおいて針先端位置と針影先端位置とが一致していると判断された場合、予めＯＦＦ状態で記憶されているフラグをＯＮ状態に更新する。第８ステップは、フラグがＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わる時の針画像長を記憶する。第９ステップは、第８ステップにおいて記憶された針画像長に基づいて、フラグがＯＮ状態のときに前記針先端予測位置を算出する。
【００５７】
ここでは、針影先端位置を抽出し、この針影先端位置と針先端位置とが一致した時の針画像長に基づいて、フラグがＯＮ状態のときすなわち針が被穿刺物内に存在するとき、針先端予測位置を算出する。
【００５８】
これにより、針を被穿刺物に穿刺する直前の状態において取得された画像の針画像長が記憶される。ここで、針の３次元的な角度は、穿刺する直前と穿刺した後とではほとんど変化しない。しかし、針の先端を穿刺する箇所まで針を移動させている間は、針の角度が多様に変化する。そして、画像取得部が取得した画像は、２次元画像となるため、針の３次元的角度によって、画像中の針の長さ（針画像長）が変化すおそれがある。このため、針の長さを正確に把握することが困難である。これらのことから、針の先端と針影の先端とが一致する時の針画像長を記憶および利用することによって、穿刺後の針先端予測位置を正確に決定することが可能になる。
したがって、針が被穿刺物に穿刺され、針の先端が目視することができない状態であっても、針先端予測位置を決定することが可能になる。
【００５９】
第１４の発明に係る針先端位置推定方法は、第１２または第１３の発明に係る針先端位置推定方法であって、第３ステップで決定した針先端予測位置を提示する第４ステップをさらに備える。
【００６０】
ここでは、針先端予測位置を含む情報を提示する。
ここで、第４ステップにおける提示とは、ディスプレイに表示することで提示するものであってもよく、また、用紙にプリントすることによって提示するものであってもよい。また、針先端予測位置に対し、別に取得した画像（例えば、近赤外光画像）などとを合成し、これらを同時に提示してもよい。
【００６１】
これにより、使用者は、被穿刺物内に針を穿刺している間も、提示された情報に基づいて針の先端がどこに位置するかを確認しながら、針を穿刺することが可能になる。この結果、使用者の熟練度や技術力によらず、容易にかつ安定した穿刺作業を行うことが可能になる。
【００６２】
第１５の発明に係る針先端位置推定方法は、第１４の発明に係る針先端位置推定方法であって、上記第３ステップで決定した針先端予測位置を表示装置によって表示する。
ここでは、針先端予測位置の提示を、表示装置を用いて行う。
【００６３】
ここで、表示装置とは、上述のようにディスプレイであってもよく、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイのような軽量薄型の表示装置であることが好ましい。また、上述したように、別に取得した画像（例えば、近赤外光画像）と針先端予測位置とを合成して表示することが望ましい。
【００６４】
これにより、表示装置を見ることで、常時、針先端予測位置を確認しながら、針を穿刺することが可能になる。
また、上述のように、軽量薄型のディスプレイであれば、携帯や設置（取り付け）も容易に行うことが可能になり、実施場所や用途を広げることができる。
【発明の効果】
【００６５】
本発明の針先端位置推定装置および針先端位置推定方法によれば、どのような注射器であっても、生体内に位置して見えない針先端の位置を予測して血管などの生体情報とともに表示することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６６】
以下に、本発明の針先端位置推定装置、及び針先端位置推定方法の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。なお、本実施形態においては、被穿刺物は、人間の腕（皮膚）とし、針は、一般的に用いられる注射針とし、当該針先端位置推定装置の使用者は、針を腕の中にある静脈に穿刺することを目的としているものとして説明する。
【００６７】
（実施の形態）
本発明の一実施形態に係る針先端位置推定装置１について、図１から図１１を用いて説明すれば以下の通りである。
［針先端位置推定装置１の構成］
本実施形態に係る針先端位置推定装置１は、図１に示すように、主として、装置固定部２、アーム部３、ヘッド部４、可視光ＬＥＤ（照明部）６、および、液晶ディスプレイ（表示部）９を備えている。
【００６８】
装置固定部２は、当該針先端位置推定装置１を、被穿刺物である患者の腕１１に固定するために設けられたものであり、患者の腕１１周りに巻き付けることが可能なベルト（図示しない）などを備えている。
【００６９】
アーム部３は、装置固定部２とヘッド部４とを互いに固定し、また、ヘッド部４と腕１１との距離を所定の距離に保つために設けられている。
可視光ＬＥＤ６は、アーム部３の一方の側面３ａに備え付けられており、その照明方向は、後述する画像取得部５が有するＣＣＤカメラが撮影する領域を照らす方向である。つまり、可視光ＬＥＤ６は、針１２ａが穿刺される領域に光を照射し、被穿刺物上に針１１の影（針影）２１を投影させる。
【００７０】
ヘッド部４は、図２に示すように、画像取得部５、血管位置検出部７および針先端位置推定部１０１を有している。
画像取得部５は、可視光及び近赤外光を撮像することが可能な、各画素の輝度を８ビットで表わす白黒輝度画像ＣＣＤカメラ（以下、ＣＣＤカメラ）（図示しない）を有する。このＣＣＤカメラによって撮影された画像は、図３に示すように、近赤外画像７０１と可視光画像７０２として取得される。そして、近赤外画像７０１は、血管位置検出部７に送信され、可視光画像７０２は、針先端位置推定部１０１に送信される。また、このＣＣＤカメラは、皮膚１１ａと、注射器１２の針１２ａと、針影２１と、を含む領域を撮影する。なお、可視光画像７０２には、針１２ａと針影２１とを含む各像が映っており、可視光が照射されている一方の側面は比較的白く映り、他の一方の側面は比較的黒く映る。さらに、針影２１は、皮膚１１ａ上における針１２ａの可視光が照射される側とは反対側の領域に黒く映る。また、近赤外光画像７０１は、静脈１１ｂ部分が他の部分と比較して黒く映り、針１２ａなどの他の領域が比較的白く映る。
【００７１】
血管位置検出部７は、画像取得部５が取得した近赤外画像７０１を受信し、この近赤外画像７０１から血管強調画像７０３を生成する（図３参照）。この血管強調画像７０３は、近赤外画像７０１から所定輝度よりも低い輝度領域を血管領域として検出し、この検出した領域をコントラスト強調して画像化したものである。これは、上述したような、画像取得部５が生成する近赤外画像７０１の特徴を利用したものである。
【００７２】
針先端位置推定部１０１は、図２に示すように、可視光画像７０２から皮下に位置する針１２ａの先端位置（針先端予測位置１５）を推定し、この位置に生成矢印画像６０２のみが存在する針先端予測位置提示画像７０４（図３参照）を形成する。
【００７３】
液晶ディスプレイ９は、ヘッド部４の上側に設置されており、その一辺を回動軸として、所定角度まで回動可能に設置されている。そして、図３に示すように、液晶ディスプレイ９は、血管位置検出部７および針先端位置推定部１０１によって生成された画像を合成した合成画像７０５を表示する。
【００７４】
［針先端位置推定部１０１の構成］
次に、針先端位置推定部１０１の構成について、図４、図５および図６を用いて説明する。
【００７５】
針先端位置推定部１０１は、針情報抽出部１０２と、針影情報抽出部１０３と、針先端予測位置算出部１０７と、針画像長記憶部１０５と、一致検出部１０４と、フラグ記憶部１０６と、針の先端位置を提示する画像を形成する画像形成部１０８と、を有している。
【００７６】
針情報抽出部１０２は、可視光画像７０２における針の形状を検出して、針１２ａの目視可能な部分の先端である針先端位置１３、針１２ａの根元、すなわち針１２ａと注射器１２との接点位置である針後端位置１４、針１２ａの長さを示す針画像長Ｚ、針１２ａの進行方向（針方向）を抽出する。なお、抽出されたこれらの情報は、画像上におけるものであって、例えば、針画像長Ｚは、実際の針１２ａの長さとは異なっている。また、針情報抽出部１０２は、針影２１を探すための針１２ａ周辺を示す第１領域３１を決定する。
【００７７】
針影情報抽出部１０３は、可視光画像７０２ａにおける針１２ａ周辺を示す第１領域３１から針影２１を検出し、針影２１の先端位置である針影先端位置２２を抽出する。
一致検出部１０４は、針先端位置１３と針影先端位置２２とが一致するか否かを常に判定しており、一致した場合は、針１２ａが腕１１の皮膚１１ａに接触したと判断して一致信号を発信する。
【００７８】
フラグ記憶部１０６は、一致信号が発信されているか否かによってＯＮ／ＯＦＦが切り替わるフラグを記憶している。このフラグは、一致信号が発信されている場合は、ＯＮ状態になり、一致信号が発信されていない場合はＯＦＦ状態になる。したがって、初期状態において、このフラグはＯＦＦ状態になっている。
【００７９】
針画像長記憶部１０５は、フラグがＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わる時の針画像長Ｚを記憶する。
針先端予測位置算出部１０７は、針１２ａが腕１１の皮下に刺さった状態において、すなわち一致信号が発信されフラグがＯＮ状態のときに、針画像長記憶部１０５に記憶された針画像長Ｚ、針情報抽出部１０２が抽出する針後端位置１４および針方向を元に、皮下に隠れて見えなくなっている針先端予測位置１５を算出する。
【００８０】
画像形成部１０８は、フラグがＯＦＦ状態のとき、すなわち針１２ａがまだ腕１１の皮膚１１ａに接触していない状態において、針情報抽出部１０２が抽出する針先端位置１３と針方向とを元に針先端予測位置提示画像７０４を生成する。また、画像形成部１０８は、フラグがＯＮ状態のとき、針先端位置算出部１０７が算出する針先端予測位置１５と針方向とを元に針先端予測位置提示画像７０４を生成する。
【００８１】
ここで、上記構成を有する針先端位置推定部１０１が行う処理の概要を、図５（ａ）から図５（ｄ）を用いて説明すると以下の通りである。まず、図５（ａ）および図５（ｃ）に示すように、針１２ａが皮膚１１ａに接触した瞬間に、針１２ａの先端位置と針影２１との先端位置は一致する。この時、フラグはＯＦＦ状態からＯＮ状態に変化し、この時の針画像長Ｚが針画像長記憶部１０５に記憶される。その後、図５（ｂ）および図５（ｄ）に示すように、針１２ａは、皮下の静脈１１ｂに向かって進む。このとき、針１２ａと皮膚１１ａのなす角度はほぼ変化せず、この時の皮下の針１２ａ部分の画像長Ｘと見えている針１２ａ部分の画像長Ｙとの和は、針画像長Ｚとほぼ等しい。このため、針１２ａの根元位置である針後端位置１４から針１２ａの進行方向に向かって針画像長Ｚだけ先の位置を算出することで、皮下に隠れて見えていない針先端予測位置１５を推定することが可能となる。
【００８２】
つまり、針先端位置推定部１０１は、フラグ記憶部１０６が記憶するフラグがＯＦＦ状態の場合には針１２ａが皮下に刺さっていない状態なので、可視光画像７０２ａに映る針１２ａの先端である針先端位置１３に基づいて針先端予測位置提示画像７０４を出力する。これに対し、フラグがＯＮ状態の場合には針１２ａが皮下に刺さっている状態なので、針後端位置１４から針方向が示す方向に向かって針画像長記憶部１０５が記憶している針１２ａ全体の長さを示す針画像長分だけ先の位置に針１２ａの先端が存在していることを利用して針先端予測位置１５を算出し、この針先端予測位置１５に基づいて針先端予測位置提示画像７０４を出力する。これにより、当該針先端位置推定装置１は、針先端予測位置提示画像７０４と血管強調画像７０３とを合成して、常に針１２ａの先端位置を血管強調画像７０３上に表示することができる。
【００８３】
［針先端位置推定部１０１における各部の具体的処理］
以下に、針先端位置推定部１０１における各部の具体的処理について、図１から図１１を用いて説明する。なお、ここでは、注射器１２と腕１１と当該針先端位置推定装置１との位置関係が図１に示した状態であるものとして、各部の処理を具体的に説明する。
【００８４】
（針情報抽出部１０２）
針情報抽出部１０２が行う具体的処理内容について、図６（ａ）、図６（ｂ）、図７（ａ）、図７（ｂ）を用いて説明する。なお、図６（ａ）および図６（ｂ）に示す可視光画像７０２ａにおける画素座標系は、紙面における左上を原点とし、左右方向に沿う方向をＸ軸、また、上下方向に沿う方向をＹ軸とする。また、Ｘ軸においては右方向、Ｙ軸においては下方向を、それぞれ正方向とする。図１に示したように、腕１１と当該針先端位置推定装置１の位置関係から、針１２ａは、およそＹ軸に平行に映り、また採血や点滴の際、注射針１２ａは、可視光画像７０２ａの下側から上側に向かって挿入される。
【００８５】
図６（ａ）は注射器１２の針１２ａと針影２１とが映った可視光画像７０２ａであり、図６（ｂ）は線分Ｅ１−Ｅ２を含むＸ軸に平行な直線上における輝度値を示したものである。この可視光画像は、横６４０画素、縦４８０画素で、各画素の画素値は８ビット表現であり、画素値が０は黒、２５５は白を表現する。図９に示すように、針１２ａを照明する可視光ＬＥＤ６は、針１２ａの側面から針１２ａに光を照射している。このため、可視光画像７０２ａでは、針１２ａの可視光ＬＥＤ６側の側面は、皮膚１１ａよりも明るい白となり、針１２ａの可視光ＬＥＤ６と反対側の側面は、皮膚１１ａよりも暗い黒になっている。また同時に、可視光画像７０２ａに映る針影２１は皮膚１１ａに対して黒い線分として映っている。なお、図３に示すように、可視光画像は、可視光を腕１１に照射して撮影された画像であるため、血管の像は映っていない。
【００８６】
針情報抽出部１０２は、図３の可視光画像７０２において、針１２ａの像の陰影（明暗）の度合いを抽出するための針抽出フィルタ３２を、画像の左上の画素位置から順に走査する。すなわち、１画素ずつＸ軸方向に左から右へフィルタリングし、右端まできたら、Ｙ軸正方向の次の画素ラインを左端から右へ１画素ずつフィルタリングする。そして、最終的に画像の右下端の画素までフィルタリングする。ここで、針抽出フィルタ３２の走査すなわちフィルタリングとは、針抽出フィルタ３２が持つ複数の係数とこれらの係数にそれぞれ対応する画素値との積和演算を行い、その積和値を新たな画素値とする画像処理である。このように、針抽出フィルタ３２によってフィルタリングされた画像が針情報抽出画像となる。ただし、フィルタリングによって２５５以上の値が算出された場合はその値を強制的に２５５に変更し、０以下の値が算出された場合はその値を強制的に０に変更する。
【００８７】
ここでは、図７（ａ）に示すように、針１２ａの右側から照射される光によって、腕１１表面の輝度値が３０〜４０程度のとき、針１２ａの右側面は輝度値が８０程度と明るく、針１２ａの左側面は輝度値が０近辺で暗い。ここで、針影２１の像の幅に比べて針１２ａの像は狭くなり、本実施形態においては５画素程度である。このため、本実施形態における針情報を抽出するために好適な針抽出フィルタ３２は、図７（ｂ）に示すように、係数が「−１、−２、０、２、１」で構成されている。
【００８８】
上記フィルタによって生成した針情報抽出画像は、背景は輝度値０近辺で暗く、針１２ａの部分が輝度値２００程度の明るい白となり、針影２１の境界や注射器１２の側面の一部が輝度値８０〜９０程度と薄白くなる。この針情報抽出画像に対して第１閾値（ここでは、輝度値１５０）で二値化した第１二値化画像を生成する。この第１二値化画像は、針情報抽出画像において、第１閾値未満の画素値を０とし、第１閾値以上の画素値を１とする画像処理を施した画像である。
【００８９】
なお、本実施形態では、第１閾値は、針情報抽出画像において、最大輝度値の画素から低い輝度値の画素に向かって総画素数の１０％の画素数だけ数えた画素の輝度値を採用する。ここで、総画素数の１０％は、可視光画像７０２に占める針１２ａの面積率に相当し、画像取得部５の撮影時の倍率に依存して予め決まっているものである。
【００９０】
そして、針情報抽出部１０２は、第１二値化画像において、最小二乗法を用いて、画素値が１の画素を線分化し、生成された線分に含まれる画素が針１２ａを示す画素とする。そして、この画素の画素値を１、その他の画素の画素値を０として二値化された画像を針細線画像として生成する。
【００９１】
そして、この針細線画像を左上画素から右下画素まで走査して、最初に「１」の値を有する画素が、針１２ａ先端を示す画素と判断し、この画素位置を針先端位置１３とする。また、この針細線画像を右下画素から左上画素まで（すなわち、上記走査とは反対方向に）走査して最初に「１」の値を持つ画素を針１２ａの根元（針後端）を示す画素と判断し、この画素位置を針後端位置１４とする。
【００９２】
続いて、針情報抽出部１０２は、図９に示すように、抽出した針先端位置１３を画素座標（ＨＳＸ，ＨＳＹ）、針後端位置を画素座標（ＨＫＸ，ＨＫＹ）とする。そして、針画像長Ｚは、（ＨＫＸ−ＨＳＸ）の二乗と（ＨＫＹ−ＨＳＹ）の二乗との和の平方根となる。また、針方向として、針進行方向のＸ成分ＶＸ＝ＨＳＸ−ＨＫＸと、Ｙ成分ＶＹ＝ＨＳＹ−ＨＫＹとを求める。また、針１２ａ周辺を示す第１領域３１として、図６（Ａ１）において点線で示すように、針先端位置１３と針後端位置１４とのそれぞれ１画素左側の画素を含んで、針１２ａをはさんで可視光源とは反対側の領域に所定サイズの矩形領域（第１領域３１）を準備する。
【００９３】
このように、上記第１領域３１に針１２ａの像を含まないようにすると、後述の針影情報抽出部１０３の処理において、針１２ａの像を針影２１として誤検出することを防ぐことが可能になる。例えば、針１２ａの像の画素幅が予め５画素であるとわかっている場合は、図６（ａ）における第１領域３１の右辺は、針細線画像における画素値が１の画素から３画素左の画素で構成する。
【００９４】
（針影情報抽出部１０３）
針影情報抽出部１０３が行う具体的処理内容について、図６（ｃ）および図６（ｄ）を用いて、以下で説明する。なお、図６（ｄ）は線分Ｅ３−Ｅ１を含む直線上における輝度値を示したものである。
【００９５】
針影情報抽出部１０３は、可視光画像の針１２ａ周辺を示す第１領域３１において、線分Ｅ３−Ｅ１領域内の画素に対して第２閾値（ＴＨ１）で二値化した第２二値化画像を生成する（図６（ｃ）参照）。具体的には、まず、針影情報抽出部１０３は、線分Ｅ３−Ｅ１領域に重なる画素（画素群）を特定する。そして、この画素群の平均輝度値を求め、この平均輝度値を第２閾値とする。したがって、第２閾値は、線分Ｅ３−Ｅ１領域に重なる画素の輝度値に基づくため、線分Ｅ３−Ｅ１を走査することによって変化する値である。次に、この針影情報抽出部１０３は、これらの画素の画素値の中に、第２閾値より低い画素値を有する画素が存在するか否かを判断する。そして針影情報抽出部１０３は、第２閾値より低い画素値を有する画素が存在する場合は、線分Ｅ３−Ｅ１領域内に針影２１が存在すると判断し、線分Ｅ３−Ｅ１に重なる画素の中心に位置する画素の画素値を１とする。一方、針影情報抽出部１０３は、線分Ｅ３−Ｅ１領域内の画素に第２閾値より低い画素値を有する画素が存在しない場合は、画素値を０とする。この処理を、左上画素から順に走査する（１画素ずつ水平方向に左から右へずらし、右端まできたら次のラインの左端から同様に右へ１画素ずつずらし、最終的に画像の右下端までずらしていく）ことによって、第２二値化画像が生成される。なお、線分Ｅ３−Ｅ１の長さは、予め撮像して既知である可視光画像における針影２１の幅の２倍の画素数程度とする。
【００９６】
続いて、針影情報抽出部１０３は、第３二値化画像を生成する。具体的には、針影情報抽出部１０３は、第２二値化画像のＸ軸方向に沿った各画素ラインにおいて左から走査した場合に、最初に検知する画素値が１の画素を左端画素とし、同時に、右から走査して最初に検知する画素値が１の画素を右端画素とする。そして、左端画素と右端画素とが両方検知された画素ラインにおいて、左端画素と右端画素との中心に位置する画素を針影幅の中心画素と判断し、この画素の画素値を１とし、その他の画素の画素値を０とする。このようにして針影情報抽出部１０３は、画素値が１と０とで構成される第３二値化画像を生成する。
【００９７】
続いて、針影情報抽出部１０３は、最小二乗法を用いて第３二値化画像における画素値１の画素を線分化する。針影情報抽出部１０３は、この線分を、針影２１を示す線分とし、この線分を構成する画素を１、それ以外の画素を０として二値化された針影細線画像を生成する。そして、針影情報抽出部１０３は、この針影細線画像における針１２ａ周辺を示す第１領域３１において、左上画素から右下画素までＸ軸方向に沿って走査し、最初に「１」の値を持つ画素を針影２１の先端と判断し、針影先端位置２２とする。
【００９８】
（一致検出部１０４）
次に、一致検出部１０４の具体的処理内容について、図８を用いて以下で説明する。
一致検出部１０４は、針先端位置１３と針影先端位置２２との一致範囲として針先端位置１３を中心とした第２領域３３を生成し、この第２領域３３に針影先端位置２２が存在する場合、針先端位置１３と針影先端位置２２とが一致したと判断して一致信号を発信する。具体的には、図５に示すように、第２領域３３として針先端位置１３（図８内の黒丸）を中心とする５×５の画素領域を上記一致範囲とする。ここでは、一致検出部１０４は、針影２１の先端画素（図８内の白丸）が５×５の画素領域に含まれているので針先端位置１３と針影先端位置２２とが一致したと判断し、つまり針１２ａ先が皮膚１１ａに接触したと判断して一致信号を発信する。ここで、一致範囲である第２領域３３を５×５画素と大きめにしているのは、針先端位置１３及び針影先端位置２２に対し、数画素程度の誤差を許容しているためである。
【００９９】
（針先端予測位置算出部１０７）
次に、針先端予測位置算出部１０７の具体的処理内容について、図９を用いて以下で説明する。なお、ここでの座標系は、紙面に向かって上方向がＹ軸の正方向、右方向がＸ軸の正方向とする。また、Ｘ軸正方向から反時計回り方向の角度をθとする。
【０１００】
点Ｅは、可視光画像から抽出した針後端位置１４（ＨＫＸ，ＨＫＹ）である。点Ｆは、可視光画像から抽出した針先端位置１３（ＨＳＸ，ＨＳＹ）である。点Ｐは、針先端予測位置算出部１０７が算出する針先端予測位置１５（ＬＰＸ，ＬＰＹ）である。針先端予測位置算出部１０７は、上記針方向のＸ成分ＶＸおよびＹ成分ＶＹから、ｓｉｎθ＝ＶＹ／ＦＥ、ｃｏｓθ＝ＶＸ／ＦＥを求める。そして、線分ＥＰの画像長Ｚであることを用いて、ＬＰＸ＝ＨＫＸ＋Ｚ・ｃｏｓθ、ＬＰＹ＝ＨＫＹ＋Ｚ・ｓｉｎθとして、針先端予測位置１５Ｐを算出する。ただし、図６（ａ）および図６（ｃ）における座標系では、Ｙ軸の正負が反対であるため、図９と同様に角度θをＸ軸正方向から反時計回りの角度とすると、ＬＰＹ＝ＨＫＹ−Ｚ・ｓｉｎθとなる。
【０１０１】
（画像形成部１０８）
次に、画像形成部１０８の具体的処理について、図１０（ａ）および図１０（ｂ）を用いて、以下で説明する。
【０１０２】
画像形成部１０８は、初期矢印画像６０１として、図１０（ａ）に示すように、横７画素、縦９画素で構成されるカーソルをあらかじめ記憶保持している。このカーソルは、黒い画素が「１」、白い画素が「０」の２値ビットマップによって矢印模様を構成したものである。
【０１０３】
画像形成部１０８は、フラグがＯＦＦの時は、初期矢印画像６０１の矢印先端の画素位置を可視光画像上の針先端位置１３に一致させる。そして、Ｙ軸に対し角度φだけ回転させて、針方向と矢印が指す方向とを一致させた生成矢印画像６０２を生成する。また、画像形成部１０８は、フラグがＯＮの時は、初期矢印画像６０１の矢印先端の画素位置を可視光画像上の針先端予測位置１５に一致させる。そして、Ｙ軸に対し角度φだけ回転させて、針方向と矢印が指す方向とを一致させた生成矢印画像６０２を生成する。なお、角度φは、Ｙ軸の正方向を角度ゼロとし、反時計回り方向に角度が増加するものとする。このため、図９に示した角度θとの関係は、φ＝θ−９０°となる。
【０１０４】
ここで、初期矢印画像６０１の回転処理は、一般的に用いられている２次元のアフィン変換を用いて行う。回転の中心はカーソル内の矢印先端位置である。本実施形態におけるアフィン変換は、変換前の座標を（ｘ，ｙ）、変換後の座標を（ｘ’，ｙ’）、反時計回りの回転角度をφとした場合、ｘ’＝ｘ・ｃｏｓφ＋ｙ・ｓｉｎφ、ｙ’＝−ｘ・ｓｉｎφ＋ｙ・ｃｏｓφとなる。つまり、初期矢印画像６０１における矢印先端位置を（ＬＰＸ，ＬＰＹ）とすると、座標系のＹ軸が逆なので、最終的な画素座標（ｘ”，ｙ”）は、ｘ”＝ＬＰＸ＋ｘ’、ｙ”＝ＬＰＹ−ｙ’となる。
【０１０５】
［針先端位置推定装置１における処理］
次に、当該針先端位置推定装置１が行う処理を、図１１に示すフローチャートを用いて、以下で説明する。
【０１０６】
ステップＳ１（第１ステップ）では、可視光ＬＥＤ６が、針１２ａに対し可視光を照射する。なお、可視光は、画像取得部５が可視光画像を取得し終わるまで照射される。
ステップＳ２（第２ステップ）では、画像取得部５が、針１２ａと、針影２１と、皮膚１１ａとを含む可視光画像を取得する。
【０１０７】
ステップＳ３では、ステップＳ２において取得した画像から、針情報抽出部１０２が、針情報を抽出する。
ステップＳ４（第５ステップ）では、ステップＳ２において取得した画像から、針影情報抽出部１０３が、針影情報を抽出する。
【０１０８】
ステップＳ５では、液晶ディスプレイ９で針先端位置１３を表示する。
ステップＳ６（第６ステップ）では、一致検出部１０４が、針先端位置１３と針影先端位置２２とが一致しているか否かを判断する。ここで、一致していないと判断した場合は、ステップＳ１に戻る。すなわち、針１２ａの先端が皮膚１１ａに触れるまでは、ステップＳ１〜ステップＳ６までの処理を繰り返し行い、その間、液晶ディスプレイ９には、可視光画像が常に表示されることになる。一方、一致していると判断した場合は、ステップＳ７に移行する。
【０１０９】
ステップＳ７では、一致検出部１０４が、針先端位置１３と針影先端位置２２とが一致していると判断し、一致信号を発信する。
ステップＳ８（第７ステップ）では、発信された一致信号を受信して、フラグ記憶部１０６が、フラグをＯＦＦ状態からＯＮ状態に更新する。
【０１１０】
ステップＳ９（第８ステップ）では、針画像長記憶部１０５が、ステップＳ８においてフラグがＯＦＦ状態からＯＮ状態に更新された時の針画像長を記憶する。
ステップＳ１０（第９ステップ）では、針先端予測位置算出部１０７が、ステップＳ９で記憶した針画像長Ｚと、ステップＳ３で抽出した針情報（針後端位置１４および針方向）と、を用いて、針先端予測位置１５を算出する。
【０１１１】
ステップＳ１１では、画像形成部１０８が、矢印を針先端予測位置１５に提示した針先端予測位置提示画像７０４を形成する。
すなわち、ステップＳ４からステップＳ１０までの処理において、針先端位置推定装置１は、ステップＳ２において取得した画像と、この画像における針先端位置１３と針影先端位置２２とが一致したときの上記画像上の針の長さを示す針画像長Ｚを含む針情報と、に基づいて、針１２ａが皮膚１１ａに穿刺されているときの針先端予測位置１５を算出する（第３ステップ）。
【０１１２】
ステップＳ１２（第４ステップ）では、血管位置検出部７がこの時に取得した血管強調画像７０３と、針先端予測位置提示画像７０４と、を合成して表示する。
ステップＳ１７では、一致検出部１０４が、針先端位置１３と針影先端位置２２とが一致しているか否かを判断する。ここで、一致していると判断した場合は、ステップＳ１０に戻る。すなわち、針１２ａが皮膚１１ａに穿刺されている状態では、ステップＳ１０〜ステップＳ１７までの処理を繰り返し行い、その間、液晶ディスプレイ９には、針先端予測位置１５が表示されることになる。一方、一致していないと判断した場合は、ステップＳ１８に移行する。
【０１１３】
ステップＳ１８では、一致検出部１０４が、一致信号の発信を停止する。すなわち、この状態では、針１２ａが皮膚１１ａから離れた（抜かれた）状態である。
ステップＳ１９では、フラグ記憶部１０６が、フラグをＯＮ状態からＯＦＦ状態に更新する。
なお、本実施形態の針先端位置推定装置１におけるステップＳ１〜Ｓ１９は、電源がＯＦＦ状態になるまで繰り返され、およそ１秒間に２０回繰り返すことが可能である。
【０１１４】
［針先端位置推定装置１の特徴］
（１）
本実施形態における針先端位置推定装置１は、図１および図４に示すように、可視光ＬＥＤ６と、画像取得部５と、針先端位置推定部１０１と、を備えている。可視光ＬＥＤ６は、針１２ａに対して光を照射する。画像取得部５は、針１２ａと、この針１２ａが穿刺される腕１１の皮膚１１ａ（被穿刺物）と、可視光ＬＥＤ６によって照明された針１２ａの皮膚１１ａに投影される針影２１と、を含む画像を撮影および取得する。針先端位置推定部１０１は、画像取得部５が取得した画像と、針情報と、に基づいて、腕１１に穿刺されているときの針先端予測位置１５を算出する。針情報は、画像取得部５が取得した画像における針先端位置１３と針影先端位置２２とが一致した時の画像上の針１２ａの長さを示す針画像長Ｚを含む。
【０１１５】
これにより、針１２ａの先端部分と針影２１の先端部分が一致した時は、針１２ａを穿刺する直前であり、その後、針１２ａを腕１１に穿刺しても針１２ａの空間的角度は変化しないため、画像上の針１２ａの長さ（穿刺部分の長さＸと非穿刺部分との長さＹの和）が変化することがない。このため、従来技術のように、穿刺機器（器具）における非穿刺部分を、針１２ａの長さや先端位置を推定するための画像上の基準とする必要がない。
【０１１６】
したがって、針先端予測位置１５を決定するために必要な他の基準物（例えば、注射器の表面に記されている目盛）を穿刺機器自身が備えている必要がなく、針１２ａを備えるどのような機器（器具）を使用した場合においても、針先端予測位置１５を推定することが可能になる。
【０１１７】
この結果、例えば、注射器１２のような、人体に針１２ａを刺す場合において、この注射器１２の使用者が、常に針先端予測位置１５を把握することが可能になる。したがって、針１２ａを穿刺するときの正確性の向上や時間の短縮が図られ、被穿刺者（被穿刺物）側の負担を軽減することが可能になる。
【０１１８】
（２）
本実施形態における針先端位置推定装置１は、図１に示すように、使用者に針先端予測位置１５を提示するための液晶ディスプレイ９をさらに備える。
【０１１９】
これにより、使用者は、皮膚１１ａに針１２ａを穿刺している間も、針１２ａの先端がどこに位置するかを、常時確認しながら針１２ａを穿刺することが可能になる。この結果、使用者の熟練度や技術力によらず、容易にかつ安定した穿刺作業を行うことが可能になる。
【０１２０】
（３）
本実施形態における針先端位置推定装置１は、図４に示すように、針情報抽出部１０２が可視光画像７０２ａから抽出した針情報に基づいて、針先端予測位置算出部１０７が、針先端予測位置１５を算出する。
【０１２１】
これにより、針１２ａを穿刺する前に、画像取得部５が、少なくとも針１２ａ全体を取得可能な位置から画像を取得することによって、針１２ａの位置が変化しても、常に自動的に針先端位置１３および針先端予測位置１５を推定することが可能になる。
この結果、針１２ａを穿刺するときの正確性がさらに向上するため、微細な被穿刺物に対しても容易かつ安心して穿刺することが可能になる。
【０１２２】
（４）
本実施形態における針先端位置推定装置１は、図４および図１１に示すように、針影先端位置２２を抽出し、この針影先端位置２２と針先端位置１３とが一致した時の針画像長Ｚに基づいて、フラグがＯＮ状態のときすなわち針１２ａが腕１１の皮膚１１ａ内に存在するとき、針先端予測位置１５を算出する。
【０１２３】
これにより、針１２ａを腕１１に穿刺する直前の状態において取得された画像の針画像長Ｚが記憶される。ここで、針１２ａの３次元的な角度は、穿刺する直前と穿刺した後とではほとんど変化しない。しかし、針１２ａの先端を穿刺する箇所まで針１２ａを移動させている間は、針１２ａの角度が多様に変化する。そして、画像取得部５が取得した画像は、２次元画像となるため、針１２ａの３次元的角度によって、画像中の針１２ａの長さ（針画像長）が変化する恐れがある。このため、針１２ａの長さを正確に把握することが困難である。これらのことから、針１２ａの先端と針影２１の先端とが一致する時の針画像長を記憶および利用することによって、穿刺後の針先端予測位置１５を正確に決定することが可能になる。
したがって、針１２ａが腕１１に穿刺され、針１２ａの先端が目視することができない状態であっても、針先端予測位置１５を決定することが可能になる。
【０１２４】
（５）
本実施形態における針先端位置推定装置１は、図４および図１０に示すように、針先端位置推定部１０１が決定した針先端予測位置１５を画像上で提示するために、矢印マークの先端を針先端位置１３に配置し、かつ、矢印マークが指す方向を針方向に一致させた針先端予測位置提示画像７０４を形成する画像形成部１０８を備える。
【０１２５】
これにより、針先端予測位置１５を明確に提示することが可能になる。
この結果、使用者は、容易かつ正確に針１２ａの先端が位置する場所や針１２ａの方向を確認することができる。
【０１２６】
（６）
本実施形態における針先端位置推定装置１は、図９に示すように、針先端予測位置算出部１０７が、針後端位置１４から針方向に向かって針画像長Ｚ分離れた位置を針先端予測位置１５として、算出する。
【０１２７】
これにより、針１２ａを穿刺する直前に取得された針１２ａの画像長（針画像長Ｚ）と針方向とを用いて針先端予測位置１５を決定することが可能になる。
したがって、自動的に、正確な針先端予測位置１５が算出される。
【０１２８】
（７）
本実施形態における針先端位置推定装置１は、図２に示すように、画像取得部５が、取得した画像を８ビットの白黒輝度画像として出力する。
【０１２９】
これにより、画像取得部５が取得した画像に含まれるそれぞれの画素の画素値が、０から２５５の２５６段階に段階化される。このため、画像処理を施すための閾値やフィルタの係数などが単純化され、簡易な処理、および／または、構成によって針先端予測位置１５を決定することが可能になる。
この結果、当該針先端位置推定装置１の処理速度が向上し、また、コストダウンを図ることが可能になる。
【０１３０】
（８）
本実施形態における針先端位置推定装置１は、図２、図４、図７および図９に示すように、画像取得部５が取得した画像に対して、針抽出フィルタ３２の走査、二値化および最小二乗法を行うことによって形成された線分から、針画像長、針方向、針先端位置１３および針後端位置１４を取得する。
【０１３１】
ここで、針抽出フィルタ３２とは、係数が、「−２、−１、０、１、２」である。また、第１閾値は、０から２５５の輝度を示す画素に対して、輝度値１５０である。
これにより、取得した画像から、自動的かつ一義的に針情報を抽出することが可能になる。したがって、使用時毎にキャリブレーション行ったり、使用者が各パラメータの書き換えを自ら行ったりする手間を省くことが可能になる。
【０１３２】
（９）
本実施形態における針先端位置推定装置１は、図６に示すように、針情報抽出部１０２が決定した第１領域３１において、針影情報抽出部１０３が、第２二値化、境界部画素の特定、第３二値化、最小二乗法を順に行うことによって形成された線分から、針影先端位置２２を決定する。
【０１３３】
これにより、取得した画像から、自動的かつ一義的に針影情報を抽出することが可能になる。したがって、使用時毎にキャリブレーション行ったり、使用者が各パラメータの書き換えを自ら行ったりする手間を省くことが可能になる。
【０１３４】
（１０）
本実施形態における針先端位置推定装置１は、図８に示すように、一致検出部１０４が、第２領域３３を決定し、この第２領域３３内に針影先端位置２２が存在するとき、針先端位置１３と針影先端位置２２とが一致したと判断する。なお、第２領域３３は、５×５画素の領域である。
【０１３５】
これにより、針１２ａの先端部分である穿刺部が極細であるために、穿刺部の影が画像によって認識することが困難な場合であっても、針１２ａが穿刺される前に、一致検出部１０４は、針先端位置１３と針影先端位置２２とが一致したと判断することができる。
【０１３６】
したがって、一致検出部１０４が出力する一致信号のタイミングが遅れることを防ぐことができる。すなわち、針画像長記憶部１０５に記憶される針画像長Ｚを実際の針画像長より短い針画像長として記憶することを防ぐことができる。これは、針１２ａを穿刺したときに、針先端予測位置１５が実際の位置より針後端部側に提示されると、実際は穿刺してはいけない領域（深さ）まで誤って穿刺してしまうおそれがある。しかしながら、当該針先端位置推定装置１の構成によると、このようなおそれがないため、針１２ａの誤穿刺を防ぐことが可能になる。
【０１３７】
（１１）
本実施形態における針先端位置推定装置１は、図４に示すように、針１２ａが腕１１に穿刺される前の状態において、画像取得部５が取得した可視光画像７０２ａから針情報抽出部１０２が抽出した針先端位置１３に基づいて、針１２ａの先端位置を決定する。
【０１３８】
これにより、針１２ａの穿刺前から針１２ａの先端位置を決定し、使用者に提示することが可能になる。したがって、使用者が、穿刺前の針１２ａの先端位置を確認することが容易になり、例えば、可視光ＬＥＤ６の光や部屋の照明の光などが当たる角度によって針１２ａの先端が確認しにくくなるといった不具合を防止することが可能になる。
【０１３９】
［他の実施形態］
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【０１４０】
（Ａ）
上記実施形態では、図１に示すように、照明部として単一の可視光ＬＥＤ６を用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
【０１４１】
例えば、図１２に示すように、２つの可視光ＬＥＤ６ａ、６ｂを備えている構成であってもよい。
図１２に針先端位置推定装置１ａの第２の構造例を示す。これは、図１に示した第１の構造例と可視光源の配置・数が異なる実施形態であり、特に外光の影響で針１２ａや針影２１が正しく抽出できないケースを想定している。
【０１４２】
図１２において、可視光源は可視光ＬＥＤ６ａと可視光ＬＥＤ６ｂとの２つが、針１２ａの各側面ないし各側上面に光を照射するように配置され、可視光ＬＥＤ６ａと可視光ＬＥＤ６ｂとは、近赤外光が発光する期間以外において交互に発光して、可視光ＬＥＤ６ｂの発光による針１２ａおよび針影２１ｂが映った可視光画像と、可視光ＬＥＤ６ａの発光による針１２ａおよび針影２１ａが映った可視光画像と、が画像取得部５によって生成され、針先端位置推定部１０１に入力されることになる。
【０１４３】
上記実施形態とは異なり（図１参照）、針先端位置推定部１０１の針情報抽出部１０２が生成する針１２ａ周辺を示す第１領域３１が、可視光ＬＥＤ６ｂ発光時の可視光画像においては針１２ａの右側に生成され、可視光ＬＥＤ６ａ発光時の可視光画像においては針１２ａの左側に生成される。
【０１４４】
この場合は、上記の各可視光ＬＥＤ１、２によって生成される２種類の可視光画像系列を針先端位置推定部１０１が系列毎に処理し、どちらか一方の可視光画像系列にて外光による影響で針１２ａや針影の像にノイズが混入して一致検出部１０４が一致を検出できなくても、もう一方の可視光画像系列にて一致検出部１０４が一致を検出できる可能性が残される。外光は一般的に装置を装着した腕１１に対して偏った方向から光が照射されるケースが多いため、上記のように２種類の可視光画像系列を生成できるように、針１２ａに対して光を照射する光源を２箇所配置することで、外光による影響を回避できる可能性が高まる。
なお、ここでは、針１２ａに対して光を照射する光源の配置を２箇所にしたが、３箇所以上配置することで、さらに外光による影響を避けられる構成にしてもよい。
【０１４５】
（Ｂ）
上記実施形態では、提示部として液晶ディスプレイ９を用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
【０１４６】
例えば、針先端位置推定部１０１から出力されたデータをプリントするプリント装置であってもよい。また、これらの提示部を備えていない構成であってもよい。すなわち、針先端位置推定装置によって推定された針先端予測位置１５を含むデータを、他の出力機器を用いて出力することによって使用者に通知する構成であってもよい。
【０１４７】
（Ｃ）
上記実施形態では、針抽出フィルタ３２として、係数が「−１、−２、０、２、１」であるものを用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
【０１４８】
例えば、針１２ａの像と、針影２１や注射器１２の像と、を区別することが可能なフィルタであればよい。
（Ｄ）
上記実施形態では、フラグがＯＦＦ状態のとき、つまり針１２ａが腕に刺さる前の状態では、生成矢印画像６０２は表示される例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
【０１４９】
例えば、針１２ａが被穿刺物に穿刺されていないときは、可視光画像のみを表示する構成であってもよい。
（Ｅ）
上記実施形態では、照明部として、可視光ＬＥＤ６を用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
【０１５０】
例えば、無電極放電ランプなどの高輝度かつ長寿命である光源を用いた構成であってもよい。
これにより、針影２１を確実かつ明確に被穿刺物に投影することが可能になる。
【０１５１】
（Ｆ）
上記実施形態では、一致検出部１０４とフラグ記憶部１０６とによって、針１２ａが穿刺されているか否かを自動的に判断し、針１２ａの穿刺前から針１２ａの穿刺中までの処理を自動的に行う構成を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
【０１５２】
例えば、針１２ａを被穿刺物に穿刺する直前すなわち針先端位置１３が被穿刺物に接触した状態において、使用者が所定の操作を行うことによって、針画像長記憶部１０５が針画像長を取得する。そして、ここで取得した針画像長を用いて、穿刺中の針先端予測位置１５を推定する構成であってもよい。
これにより、画像処理における情報の誤認識などを防ぐことが可能になるため、確実性という観点から本構成は好適である。
【０１５３】
（Ｇ）
上記実施形態では、照明部として、可視光ＬＥＤ６を用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
【０１５４】
例えば、光源は針先端位置推定装置を使用する部屋の照明であってもよく、その光を限定的に取り入れるように設けられた採光窓を有する照明部であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１５５】
本発明にかかる針先端位置推定装置及び針先端位置推定方法は、針を被穿刺物に刺す作業において、被穿刺物の内部に刺さって見えない針先端部が、被穿刺物のどこに位置するかを知ることができるという効果を奏する。このため、特に、これまで穿刺器具を用いた場合に高い熟練度が必要であった医療行為に対して、この医療行為を支援する装置および方法として、広く適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１５６】
【図１】本発明の一実施形態に係る針先端位置推定装置の構造を示す斜視図。
【図２】図１に示す針先端位置推定装置の機能的構成を示すブロック図。
【図３】図１に示す針先端位置推定装置が行う処理の概要を示す図。
【図４】図１に示す針先端位置推定装置の針先端位置推定部における機能的構成を示すブロック図。
【図５】（ａ）は、針穿刺直前における、注射器と皮膚と静脈との上面視透過図。（ｂ）は、針穿刺後における、注射器と皮膚と静脈との上面視透過図。（ｃ）は、針穿刺直前における、注射器と皮膚との側面視透過図。（ｄ）は、針穿刺後における、注射器と皮膚との側面視透過図。
【図６】（ａ）は、針情報抽出部、針影情報抽出部が行う処理を説明するイメージ図。（ｂ）は、図６（ａ）に示す線分Ｅ１−Ｅ２を含む直線上の輝度値を示す図。（ｃ）は、針情報抽出部、針影情報抽出部が行う処理を説明するイメージ図。（ｄ）は、図６（ｃ）に示す線分Ｅ３−Ｅ１を含む直線上の輝度値を示す図。
【図７】（ａ）は、画像上における針を構成する画素を示す模式図。（ｂ）は、図７（ａ）に示す画素に対してフィルタリングを行うフィルタの係数を示す図。
【図８】図４に示す針先端位置推定部における一致検出部が行う処理において、第２領域と針先端位置と針影先端位置との位置関係を示すイメージ図。
【図９】図４に示す針先端位置推定部における針先端予測位置算出部が行う処理を説明するイメージ図。
【図１０】画像形成部が行う処理を説明するイメージ図。
【図１１】図１に示す針先端位置推定装置が行う処理のフローチャート図。
【図１２】本発明の他の実施形態に係る針先端位置推定装置の構造を示す斜視図。
【図１３】従来の針先端位置推定装置の機能的構成を示すブロック図。
【図１４】従来の針先端位置提示装置における針先端位置推定手段の機能的構成を示すブロック図。
【図１５】従来の針先端位置推定手段が行う処理を説明するためのイメージ図。
【符号の説明】
【０１５７】
１      針先端位置推定装置
２      装置固定部
３      アーム部
３ａ    側面
４      ヘッド部
５      画像取得部
６      可視光ＬＥＤ（照明部）
６ａ    可視光ＬＥＤ（照明部）
６ｂ    可視光ＬＥＤ（照明部）
７      血管位置検出部
９      液晶ディスプレイ（表示部、提示部）
１１    腕（被穿刺物）
１１ａ  皮膚
１１ｂ  静脈
１２    注射器（穿刺機器（器具））
１２ａ  針
１３    針先端位置
１４    針後端位置
１５    針先端予測位置
２１    針影
２２    針影先端位置
３１    第１領域
３２    針抽出フィルタ
３３    第２領域
１０１  針先端位置推定部
１０２  針情報抽出部
１０３  針影情報抽出部
１０４  一致検出部
１０５  針画像長記憶部
１０６  フラグ記憶部
１０７  針先端予測位置算出部
１０８  画像形成部
６０１  初期矢印画像
６０２  生成矢印画像
７０１  近赤外画像
７０２  可視光画像
７０３  血管強調画像
７０４  針先端予測位置提示画像
７０５  合成画像
１０００  従来の針先端位置提示装置
１１０１  照明手段
１１０２  画像取得手段
１１０３  針先端位置推定手段
１１０４  血管位置検出手段
１１０５  表示手段
１２０１  注射器画像抽出手段
１２０２  注射針先端位置検出手段
１２０３  注射針先端位置算出手段
１２０４  注射針先端位置画像生成手段
【図１】
2009172003.tif 000003
【図２】
2009172003.tif 000004
【図３】
2009172003.tif 000005
【図４】
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【図５】
2009172003.tif 000007
【図６】
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【図７】
2009172003.tif 000009
【図８】
2009172003.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2009172003.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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