JP2016087063A - 光学的生体イメージングシステム - Google Patents
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Abstract
【課題】観察対象の大きさや形状が変化しても、正確かつ高精細な生体内部の画像を取得できる光学的生体イメージングシステムを提供する。【解決手段】二次元配列されている複数個の近接検知部210と、観察対象に光源光を照射する複数個の光照射部220と、光源光を出射する光源部221と、観察対象を透過した光を撮影する撮影部100とを備え、観察対象の近接を検知した2以上の近接検知部210の間に挟まれて配置されている光照射部220から光源光を照射する光学的生体イメージングシステムA。【選択図】図2
Description
本発明は、生体の内部の血管の画像を取得する光学的生体イメージングシステムに関する。
低侵襲で被検者(生体)の血管を観察する装置として、例えば、特開2014−138887号公報に示すような血管画像撮影装置がある。前記血管画像撮影装置は、指(手)を透過する光を利用して、前記指の血管を撮影する。前記血管画像撮影装置は、前記指に光を照射する光源と、筐体の指接地面に形成され指を透過した光を通過させる撮影開口部と、前記撮影開口部を通過した光を撮影する撮影部を備えている。
前記血管画像撮影装置では、指下半面分が隠れる程度の低い側壁としての機能を有するガイド溝を備えている。前記ガイド溝は、指を置く場所を直感的に理解しやすい形で提示しており、指の形に合わせた形状を有している。前記ガイド溝の左右に前記光源が配置されている。そして、前記光源は、指の下半面への光の進行を防ぐ遮光板を備えており、前記光源からの光は、前記ガイド溝に配置された指の上半面に照射される。
前記血管画像撮影装置では、前記ガイド溝に撮影対象である指を配置し、前記光源から前記指に光を照射する。前記指を透過した光を撮影部で撮影することで、前記指の内部の血管の血管画像を取得する。上述したように、前記血管画像撮影装置では、指の上半面に光を照射することで、前記光源から直接入射或いは指の表面で反射して前記撮影部に入射する光の量を低減する。これにより、指を撮影したときに指の端部で発生する白飛びした領域(飽和領域)を抑制し、指の血管画像を正確に認識するための画像を取得することができる。
特開2014−138887号公報の血管画像撮影装置では、撮影対象が指と決まっており、多少の個人差はあるとしても基本的の同じ形状を有している。そのため、撮影対象を配置するガイド溝及び光源の大きさ、形状及び配置はある程度決められたものとなる。
しかしながら、光学的生体イメージングシステムを治療や検査等の医療行為に利用する場合、撮影対象が指だけではなく、例えば、手のひら全体や腕、足、ふくらはぎ等、形状も大きさも異なる部分が撮影対象となる場合がある。異なる大きさ及び形状の撮影対象を配置できるような上述のガイド溝を構成することは困難である。また、多くの撮影対象を配置できる大きさの前記ガイド溝を形成した場合、撮影対象の前記撮影部側に光が進行しやすく、取得した血管画像の飽和領域の抑制が困難になる。
そこで本発明は、観察対象の大きさや形状が変化しても、正確かつ高精細な生体内部の画像を取得できる光学的生体イメージングシステムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明は、二次元配列されているとともに観察対象の近接を検知する複数個の近接検知部と、隣合う前記近接検知部の間に配置されているとともに前記観察対象に光源光を照射する複数個の光照射部と、前記光照射部から照射される光源光を出射する光源部と、前記観察対象を透過した光を撮影する撮影部とを備え、前記観察対象の近接を検知した2以上の近接検知部の間に挟まれて配置されている光照射部から光源光を照射する光学的生体イメージングシステムを提供する。
この構成によると、観察対象に光源光を確実に照射するとともに、撮像部に光源光が直接入射するのを抑制することが可能である。これにより、観察対象を透過した光に比べ光量が多い(強度が高い)光が撮像部に入射するのを抑制し、撮影画像に過剰な光による白飛びや白浮きの発生を抑制する。これにより、生体の内部の特徴を詳細且つ正確に表示することが可能である。
上記構成において撮影部が光電変換部としてCIGSを用いたCIGSイメージセンサを備えていてもよい。近赤外領域で量子効率が高いCIGSイメージセンサを用いることで、生体を透過した近赤外光を正確に撮影することが可能である。それだけ、詳細かつ正確な生体イメージングが可能である。また、CIGS以外にも、CIS、CZTS、InGaAs等の化合物半導体を用いるものを挙げることができる。
上記目的を達成するために本発明は、観察対象に対し指向性を有する光源光を照射する光源部と、前記観察対象に入射した光のうち外部に出射した光を撮影する撮影部とを備え、前記光源光の光軸が前記撮影部の外側を通るように、前記光源部が配置されている光学的生体イメージングシステムを提供する。
この構成によると、観察対象に光源光を確実に照射するとともに、撮像部に光源光が直接入射するのを抑制することが可能である。これにより、観察対象を透過した光に比べ光量が多い(強度が高い)光が撮像部に入射するのを抑制し、撮影画像に過剰な光による白飛びや白浮きの発生を抑制する。これにより、生体の内部の特徴を詳細且つ正確に表示することが可能である。
上記構成において撮影部が光電変換部としてCIGSを用いたCIGSイメージセンサを備えていてもよい。近赤外領域で量子効率が高いCIGSイメージセンサを用いることで、生体を透過した近赤外光を正確に撮影することが可能である。それだけ、詳細かつ正確な生体イメージングが可能である。また、CIGS以外にも、CIS、CZTS、InGaAs等の化合物半導体を用いるものを挙げることができる。
上記構成において前記光源部が、前記観察対象に照射する光源光の波長域として、近赤外光領域の候補を含む複数の候補から選択してもよい。なお、前記波長域の複数の候補は、近赤外領域に少なくとも2以上の波長域の候補を含んでいてもよい。
本発明によると、観察対象の大きさや形状が変化しても、正確かつ高精細な生体内部の画像を取得できる光学的生体イメージングシステムを提供することができる。
以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
(第1実施形態)
図1は本発明にかかる光学的生体イメージングシステムの一例の概略図であり、図2は図1に示す光学的生体イメージングシステムの概略構成を示すブロック図である。図1、図2に示すように、光学的生体イメージングシステムAは、カメラユニット(撮影装置)100と、光源ユニット200と、制御ユニット(ノートパソコン)300と、支持ユニット400とを備えている。なお、詳細については後ほど詳述するが、光学的生体イメージングシステムAは、データログと解析機能による定量評価、及び、複数の近赤外波長での生体観察評価等の特徴を有しており、生体を非侵襲的に観察するものである。
図1は本発明にかかる光学的生体イメージングシステムの一例の概略図であり、図2は図1に示す光学的生体イメージングシステムの概略構成を示すブロック図である。図1、図2に示すように、光学的生体イメージングシステムAは、カメラユニット(撮影装置)100と、光源ユニット200と、制御ユニット(ノートパソコン)300と、支持ユニット400とを備えている。なお、詳細については後ほど詳述するが、光学的生体イメージングシステムAは、データログと解析機能による定量評価、及び、複数の近赤外波長での生体観察評価等の特徴を有しており、生体を非侵襲的に観察するものである。
支持ユニット400は、載置台410と、支柱420と、カメラ保持部430とを備えている。載置台410には光源ユニット200が取り付けられている。載置台410は上面に載置した観察対象に対し、光学的生体イメージングに用いる光(近赤外光)を照射する構成となっている。載置台410の上面には、開口411が形成されており、開口411を介して光源ユニット200からの光を観察対象に照射する。光源ユニット200の詳細については、後述する。
支柱420は載置台410の側面に、載置台410の上面に対して直交する方向に延びるように固定されている。また、支柱420には、載置台410の上面と対向するように配置されたカメラ保持部430が設けられている。カメラ保持部430は、レンズユニット130(後述)が観察対象に向くようにカメラユニット100を保持する。
なお、図1に示す支持ユニット400では、載置台410、支柱420及びカメラ保持部430は固定されているが、これに限定されるものではない。例えば、支柱420が載置台410に回動可能な構造であってもよいし、カメラ保持部430が載置台410の上面に対し上下移動可能な構造であってもよい。また、カメラ保持部430及び(又は)支柱420がレンズユニット130の光軸を揺動可能とするような構造を有していてもよい。いずれの構造の場合でも、支柱420及びカメラ保持部430を任意の位置で固定できる構造を有している。
載置台410は、内部に配置される光源ユニット200に電力を供給するための電源ケーブル441を備えている。また、電源ケーブル441の先端にACアダプタ442が設けられている。なお、光源ユニット200には、後述する電源回路240が設けられており、電源ケーブル441は電源回路240に接続されている。しかしながら、これに限定されるものではなく、電源ケーブル441又はACアダプタ442に電源回路が設けられていてもよい。
図1、図2に示すように、カメラユニット100は、筐体110と、カメラモジュール120と、レンズユニット130とを含む。筐体110は、その内部に電子部品群(後述するCIGSイメージセンサ121など)を収納する外装部材である。筐体110は、レンズユニット130が着脱可能な構造を有している。
図2に示すように、カメラモジュール120は、CIGSイメージセンサ121と、カメラ制御部122と、外部接続インターフェース123と、発振器124と、温度調整部125とを備えており、これらの電子部品は不図示の配線基板に実装されている。
カメラ制御部122は、CIGSイメージセンサ121、外部接続インターフェース123、発振器124及び温度調整部125と接続しており、各部と信号の送受信可能な構成となっている。カメラ制御部122は、カメラモジュール120の制御、実装されている素子からの信号を処理して各種データを取得する或いは制御ユニット300(の後述する処理部330)からの制御コマンドに基づいて各電子部品への制御信号を生成する処理回路を備えている。また、カメラ制御部122は、CIGSイメージセンサ121からの撮影信号に基づいて撮影データを生成する処理も行う。
なお、撮影信号と撮影データとは、例えば、次のようなものである。撮影信号はCIGSイメージセンサ121の各画素が光電変換によって取得した画素ごとの電気信号であり、撮影データは撮影した映像を数値化したデータである。また、カメラ制御部122としては、例えば、制御及び(又は)処理プログラミング可能なFPGA(Field−Programmable Gate Way)を採用している。
CIGSイメージセンサ121は観察対象(被写体)からの光を画素ごとに電気に変換し、撮影信号を取得(出力)するセンサである。CIGSイメージセンサ121では、カメラ制御部122からの制御信号に基づいた処理が行われる。例えば、CIGSイメージセンサ121は、カメラ制御部122からの制御信号に基づいて撮影を行うとともに、取得した撮影信号をカメラ制御部122に送信する。
ここで、CIGSは、銅(Cu)、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、及び、セレン(Se)から成る化合物半導体であり、一般的なシリコン(Si)よりも幅広い波長の光を電気に光電変換することが可能である。イメージセンサ121の諸元としては、例えば、有効画素数:横656×縦488(32万)画素(白黒)、画素ピッチ:7.5μm、フレームレート:120フレーム/秒(プログレッシブ)、及び、チップサイズ:横7.57mm×縦7.92mmを挙げることができる。以下に、CIGSイメージセンサ121の詳細について説明する。
図3はCIGSイメージセンサの量子効率と生体情報イメージング領域を示す図である。本図の横軸は光の波長を示している。また、縦軸(左)は撮影素子(CIGS1、CIGS2、及び、Si−CMOS)の量子効率を示しており、縦軸(右)はヘモグロビンと水の吸収係数を示している。なお、撮影素子(受光素子)の量子効率ηは、入射光子量に対して発生するキャリア数(出力電流)の比(η=(hc/qλ)×(I/p)、ただし、h:プランク定数、c:真空中の光速度、q:電子電荷、λ:波長、I:出力電流、p:入射光子量)として定義される。
従来、固体撮影素子としては、Si−CMOS(SiベースのCMOS[Complementary Metal Oxide Semiconductor]素子)が広く利用されている。Si−CMOSは、可視光領域にピーク感度を持っているが、近赤外領域の量子効率はさほど高くない。一方、本発明の第1実施例であるCIGS1は、図3に示すように、可視光領域から近赤外領域(CIGS1では1200nm付近)までの幅広い波長領域を高い量子効率でカバーする。また、本発明の第2実施例であるCIGS2は、Si−CMOSでは観察が困難である、より長波長の近赤外光領域(CIGS2では1300nm付近)まで感度を持つ。
このように、CIGSイメージセンサ121(CIGS1、CIGS2)は、Si−CMOSと比較して幅広い波長領域において量子効率が高いので、光を電気に変換する光電変換効率が高い。また、生体透過性が高いので、生体イメージングに適するとされる700nm〜1100nm前後の波長領域で高い量子効率を示す。従って、CIGSイメージセンサ121は、生体イメージングに適しているといえる。
CIGSイメージセンサ121は、広い波長帯域で量子効率が高いので、複数の波長帯域を任意に切り替えながら撮影を行うことにより、水分やヘモグロビンなどで吸収係数が異なる特徴を生かして、生体の特徴部位の画像を抽出したり強調したりすることが可能である。
例えば、近赤外光の波長領域を切り替ながら複数の撮影データを取得し、これらを演算して画像合成ないし特徴抽出(エッジ強調など)を行うことができる。これにより、ICG蛍光材等の造影剤を使用せずに、血管や血流の観察を行うことができる。
CIGSイメージセンサ121の撮影領域には、レンズユニット130を透過した光が入射する。レンズユニット130は、1個又は複数個のレンズを組み合わせた光学系を含む構成であり、レンズユニット130に入射した被写体(観察対象)からの光をCIGSイメージセンサ121に結像させるための光学系である。レンズユニット130は、任意に交換することができる構成とすることができる。着脱可能な構成とすることで、観察対象に応じて、焦点距離の異なるレンズに交換したり、ズームレンズを装着したりして、ワイド撮影や部分拡大撮影などを行うことが可能となる。
なお、CIGSイメージセンサ121に光を導く光学系としてレンズユニット130を挙げているが、これに限定されるものではなく、例えば、プリズム等を用いるものや光ファイバ、像導伝部材等を用いるものであってもよい。また、レンズユニット130の内部に設けられているアクチュエータを駆動することで、オートフォーカス、ズーム、絞り等を調整できるようにしてもよい。このように、レンズユニット130が調整可能である場合、カメラ制御部122が制御ユニット300からの制御コマンドに基づいてレンズユニット130のアクチュエータを制御するが、制御ユニット300がアクチュエータを直接制御してもよい。
再度、図2を参照し、カメラモジュール120の説明に戻る。外部接続インターフェース123は、外部機器(ここでは、制御ユニット300)との接続ケーブルを接続するためのコネクタを有している。外部接続インターフェース123としては、例えば、USBインターフェース、IEEE1394インターフェース等、接続するケーブルの規格に対応したものを広く採用することができる。また、外部接続インターフェース123は、無線通信で外部機器と接続するものであってもよい。この場合、コネクタではなく、電波を送受信することができる構成を有している。
外部接続インターフェース123は、カメラ制御部122と接続されている。外部接続インターフェース123にUSBケーブルL10が接続されることで、カメラ制御部122が制御ユニット300の後述する処理部330と接続される。これにより、カメラ制御部122は、処理部330からの制御コマンドを受信したり、処理部330に撮影データを送信したりする。カメラユニット100は、USBケーブルL10を介して制御ユニット300から電力が供給されている。
発振器124は、カメラ制御部122を含む半導体素子の動作の基準となる同期信号を送信する。発振器124としては、水晶振動子を備えた水晶発振器を挙げることができるが、これに限定されるものではない。発振器124から送信された同期信号は、カメラ制御部122に送信されるようになっている。
温度調整部125はCIGSイメージセンサ121の温度を、一定の範囲に収まるように調整する。CIGSイメージセンサ121の駆動時の熱を外部に排出するための素子(例えば、ペルチェ素子)を備えている。ペルチェ素子は電圧を印加することで、温度差を発生する素子であり、ペルチェ素子の高温側の温度を低下させることで、低温側の温度を下げることができる素子である。例えば、ペルチェ素子の低温側をCIGSイメージセンサ121の温度が上昇する部分に近接配置(接触配置)し、高温側にヒートシンクを取り付けて高温側の熱を外部に排出することでCIGSイメージセンサ121の温度上昇を抑制できる。さらに、ヒートシンクからの放熱を効果的に行うため、冷却用のファンを設けた構成であってもよい。
なお、温度調整部125は、ペルチェ素子とヒートシンク(必要に応じてファン)を備えた構成となっているが、CIGSイメージセンサ121の温度上昇を確実に抑制できるものであれば、この構成に限定されるものではない。例えば、CIGSイメージセンサの温度上昇が緩やかであれば、ヒートシンクとファン或いはファンだけを用いる構成であってもよい。温度調整部125は、CIGSイメージセンサ121の温度を測定する素子も備えている。温度調整部125は測定したCICSイメージセンサ121の温度を温度信号としてカメラ制御部122に送る。カメラ制御部122は、CIGSイメージセンサ121の温度信号に基づいて、CIGSイメージセンサ121の温度が一定の範囲内に収まるように、温度調整部125を制御する制御信号を送信する。カメラ制御部122による温度調整部125の制御は、カメラ制御部122にあらかじめ組み込まれた処理であってもよいし、制御ユニット300からの制御コマンドに基づいて行ってもよい。
このように、温度調整部125を備えていることでCIGSイメージセンサ121の温度上昇を抑制することが可能であり、CIGSイメージセンサ121の温度上昇による精度(例えば、S/N比)の低下を抑制することが可能である。なお、CIGSイメージセンサ121の温度上昇が精度低下を伴わない範囲である場合、温度調整部125は省略してもよい。
制御ユニット300は、光学的生体イメージング用の専用アプリケーションをインストールして実行することにより、光学的生体イメージングシステムAを統括的に制御する主体である。制御ユニット300は、カメラユニット100の動作制御や各種設定を行ったり、カメラユニット100で得られた撮影信号に基づいて生体像の作成、表示、解析、記録等を行う。なお、制御ユニット300としてノート型PCとしているが、これに限定されず、光学的生体イメージングシステムAに最適化された専用端末を用いても構わないし、或いは、広く普及している携帯情報端末(タブレットやスマートフォンなど)を用いても構わない。
図2に示すように、制御ユニット300は、操作部310と、表示部320と、処理部330と、接続インターフェース340と、記憶部350とを備えている。操作部310、表示部320、接続インターフェース340及び記憶部350は、処理部330に接続されており、処理部330からの制御信号に基づいて制御される。
操作部310は、操作者が光学的生体イメージングシステムAの操作に使用するユーザインターフェースである。図1では、キーボードを例に示しているが、マウスやタッチパネル等のポインターを利用するものであってもよいし、専用端末の場合、光学的生体イメージングシステムAの操作に最適化された入力装置を備えていてもよい。
表示部320には、カメラユニット100で撮影した、操作を行うときの操作映像や生体イメージング映像が表示される。表示部320としては、液晶表示装置、有機EL表示装置等の装置を挙げることが可能である。また、複数台の表示部320を同時に利用するようにしてもよい。
処理部330は、制御ユニット300の各部を制御する制御信号を生成するとともに、カメラユニット100及び光源ユニット200を制御する制御コマンドを生成し、各部に制御信号又は制御コマンドを送信する。すなわち、光学的生体イメージングシステムAの各部を統合的に制御する制御部として機能する。また、カメラユニット100から送られる複数の撮影データから表示部320で表示する表示データを生成する処理等のデータ処理部としても機能する。
接続インターフェース340は制御対象の機器(ここでは、カメラユニット100、光源ユニット200)と接続するためのケーブルを接続するコネクタを備えている。接続インターフェース340は、例えば、USBインターフェース、IEEE1394インターフェース等、接続するケーブルの規格に対応したものを広く採用することができる。ここでは、カメラユニット100の外部接続インターフェース123と同じ規格のUSBコネクタを備えた構成となっている。また、接続インターフェース340は、複数の接続用のコネクタを有しており、カメラユニット100の外部接続インターフェース123及び光源ユニット200の後述するインターフェース250の双方と同時に接続可能である。
すなわち、USBケーブルL10の一方の端部をカメラユニット100の外部接続インターフェース123と接続し、他方の端部を制御ユニット300の接続インターフェース340と接続することで、カメラユニット100と制御ユニット300とが接続される。これにより、制御ユニット300の処理部330とカメラユニット100のカメラ制御部122との間で信号、データ、コマンド等の送受信が可能となる。
また、USBケーブルL20の一方の端部を光源ユニット200のインターフェース250と接続し、他方の端部を制御ユニット300の接続インターフェース340と接続することで、光源ユニット200と制御ユニット300とが接続される。これにより、制御ユニット300の処理部330と光源ユニット200の光源制御部230との間で信号、データ、コマンド等の送受信が可能となる。
記憶部350は、カメラユニット100から送られた撮影データや処理部330で演算処理を行っている途中の処理データ等を記憶する。また、光学的生体イメージングシステムAのアプリケーションも記憶している。記憶部350としては、読み出し専用のROM、書き換え可能なRAMを含む構成を挙げることができる。また、処理部330で生成された表示データを汎用型の再生装置で閲覧できるようにするため、BDやDVD等の可搬性を有するメディアに記録する記録装置を備えていてもよい。
光学的生体イメージングは、観察対象を透過した光をカメラユニット100で撮影することで、観察対象の内部(例えば、血管、リンパ管等)の状態を観察する。光学的生体イメージングシステムAでは、載置台410に配置された光源ユニット200から載置台410の上面に載置された観察対象に光(近赤外光)を照射する。以下に、光源ユニット200について詳しく説明する。
図2に示すように、光源ユニット200は、近接検知部210、光照射部220、光源制御部230、電源回路240及びインターフェース350を含む。図4は載置台の平面図である。光源ユニット200の上面が、載置台410の上面に形成された開口411から外部に露出するように形成されている。図4では近接検知部210にハッチングをしている。図4に示すように、光源ユニット200の上面は、平面視正方形状の近接検知部210と、同じ大きさの正方形状の光照射部220とが縦横方向交互に二次元配列されている。
近接検知部210は観察対象が一定の距離に近接したことを検知する近接センサ211と、近赤外線をカットする近赤外光カットフィルタ212とを含む。近接検知部210には、光源ユニット200の上面から光が入射するように構成されており、観察対象が光源ユニット200の上面に近接すると、近接検知部210に入射する光量が減少する。近接センサ211は入射される光量を検知することで観察対象の接触又は近接を検知する。近接センサ211は入射する光量に基づく光量信号を光源制御部230に送信する。近接センサ211は、平面視において近接検知部210と同じかほぼ同じ大きさを有しており、近接検知部210の遮光を検知している。
近接センサ211としてCdSセルを用いている。CdSセルは、入射する光量が減少すると抵抗が大きくなる素子である。CdSセルは光量信号として抵抗値を光源制御部230に送信する。また、近接センサ211としては、CdSセルに限定されるものではなく、例えば、照度センサ等を用いることも可能である。また、光量(遮光)を検知するセンサに限定されるものではなく、光源ユニット200に対して一定以内の距離に接近(又は接触)していることを検知できるセンサを広く採用することができる。
また、近接検知部210は光照射部220と隣接して配置されているものであり、光照射部220の後述するLED光源からの光源光が漏れると、観察対象の撮影に悪影響が出る場合がある。そのため、近接検知部210は、近赤外光カットフィルタ212で近赤外領域の漏れ光が近接検知部210から観察対象に照射されるのを抑制している。なお、図2では、近接センサ211の上部(観察対象に近い側)に近赤外光カットフィルタ212を配置しているが、これに限定されるものではなく、隣接する光照射部220からの近赤外光を効果的にカットできれれば、近接センサ211の下部でもよい。
光照射部220は、生体に照射する光の波長域を複数の候補から選択することが可能な光源部である。光照射部220は、LEDモジュール(光源部)221と、光学部材222とを備えている。
LEDモジュール221は、波長域の異なる複数(ここでは、4種類)のLED光源を備えている。LEDモジュール221に含まれる複数のLED光源としては、近赤外光(波長750〜1300nm)を出力する近赤外光LED光源のほかに、可視光(波長380〜750nm)を出力する可視光LED光源を適宜組み合わせて用いることができる。例えば、近赤外光像を取得するためには、近赤外光LED光源から光源光を出射し、可視光像を取得するためには、可視光LED光源から光源光を出射するようにすればよい。
光照射部220において、LEDモジュール221は4個のLED光源を平面上に並べて配置されることが多い。このような配列の場合、発光するLED光源の位置によって光量むらが発生しやすい。そのため、光照射部220では光学部材222を利用して、LED光源から出射された光源光を均斉化し、LED光源の配置場所による光量むらを抑制する。なお、光学部材222としては、拡散シート、レンズシート、輝度上昇フィルム等を挙げることができる。また、光学部材222を用いて、光照射部220から出射される光を平行光又は略平行な光に変更して照射できるようにしてもよい。光照射部220から出射される光が平行光で、その光軸をカメラユニット100に向けることで、観察対象の側面から漏もれてCIGSイメージセンサ121に入射する直接光を減らすことが可能となる。
光源波長の組合せとその技術的意義について、具体的な例を挙げて説明する。例えば、上述の4個のLEDがそれぞれ760、805、950、1050nmの光を出射することで血管イメージングが可能となる。これは、805nmが酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンの光の等吸収点であり、805nm以下での光の吸収は脱酸素化ヘモグロビンの方が酸素化ヘモグロビンよりも大きく、805nm以上での光の吸収は酸素化ヘモグロビンの方が脱酸素化ヘモグロビンよりも大きいため、複数波長での吸光度変化を計測することで酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンの濃度変化を算出することができる。
また、760nmの光はICG蛍光観察を行う際の励起光源にも用いることができる。550、930、940、960nmの光を用いることで、生体イメージングが可能となる。これは、940nmは水と脂肪の等吸収点であり、940nm以下では脂肪の方が水よりも光の吸収が大きく、940nm以上では水の方が脂肪よりも光の吸収が大きいことと、550nmの可視光と近赤外光の差を観察することで濃度変化を算出することができる。また、1050nmの光はラマン散乱の励起光源としても利用できる1064nmの光に置き換えることができる。また、1250nmの光を用いることで、ヘモグロビンの光吸収が小さくなるので、血管情報を排除した生体イメージングが可能となる。これら以外にも、異なる波長の特性の違いを利用することで、様々なイメージングを行うことが可能である。
光源制御部230は、各光照射部220のLEDモジュール221を構成するLED光源とそれぞれ独立して接続されており、各LED光源を単体で又は複数のLED光源を同時に駆動(発光)させる。また、光源制御部230は、近接センサ211と接続されており、近接センサ211からの光量信号に基づき、光源ユニット200に観察対象が近接しているか否か判断する。
電源回路240は、電源ケーブル441を介して供給される電気を、光源制御部230、LED光源を駆動するために最適化された電圧(電流)に変換する回路である。電源回路240は従来よく知られた構成であるため詳細は省略する。
インターフェース250は、光源制御部230と接続されているとともにUSBケーブルL20の端部を接続するためのコネクタを備えている。また、USBケーブルL20で光源ユニット200の駆動に必要な電力を供給できる場合、電源回路240、電源ケーブル441及びACアダプタ442を省略してもよい。
このようにUSBケーブルL20を利用して、接続インターフェース340とインターフェース250とを接続することで、処理部330と光源制御部230とで信号、データ、コマンドの送受信が可能となる。光源制御部230は、処理部330からの処理コマンドに基づいて、LED光源の発光制御を行う(LED光源を駆動するための制御信号を生成し、対応するLED光源に送信する)。なお、インターフェース250は、制御ユニット300の接続インターフェース340との間で信号、データ、コマンド等を送受信できる構成であればよく、USB規格に限定されるものではない。
なお、本実施形態では、LED光源の発光制御は制御ユニット300の処理部330からの制御コマンドに基づいて、光源制御部230が制御信号を生成することで行うようにしているが、これに限定されるものではない。例えば、制御ユニット300がLED光源を直接制御(発光)するようにしてもよい。
光学的生体イメージングシステムAは光源ユニット200の上部に配置(載置)された観察対象に、下側から光を照射し、透過した光を撮影することで観察対象(生体)の内部の状態(例えば血管、脂肪の状態等)をイメージングする。
近赤外光は、可視光に比べて生体内で減衰されにくいが、生体を透過すると光源から出射された光に比べて光量が小さくなる。CIGSイメージセンサ121は、観察対象を透過した光を精細に撮影することができるようなダイナミックレンジに設定されている。このような、CIGSイメージセンサ121に対し、LED光源から出射された光源光が直接入射すると、光源光が入射した画素で光電効果による電荷が飽和してしまいやすい。
CIGSイメージセンサ121の構造上、下部電極間でリーク電流が発生しやすいため、直接光が入射した画素の周囲の画素にも電荷が流れ、画素での電荷が飽和してしまったり、本来の入射光で光電変換されて蓄積された電荷よりも大きな電荷が貯えられてしまったりする。このように電荷が飽和してしまうと、撮影映像の対応する画素白く塗りつぶされる、いわゆる、白飛びが発生する。また、電荷が飽和しなくても、リーク電流により電荷が多くなりすぎた画素も、本来の画像よりも白く(明るく)なる白浮きが発生する。
光学的生体イメージングシステムAで観察対象の生体イメージングを行う場合、LED光源からの光源光が直接CIGSイメージセンサ121に入射すると、生体イメージングの精度が低下する。
そこで、本発明にかかる光源ユニット200では、複数個の近接検知部210と光照射部220とを利用して、側部から光が漏れないように、観察対象に光を照射している。本発明の光源ユニットの動作について新たな図面を参照して説明する。図5は本発明にかかる光源ユニットの上部に観察対象が配置されている状態の一例を示す平面図である。
図5に示すように長尺状(手指を想定している)の観察対象Hk1が光源ユニット200の上部に載置されているとする。そして、観察対象Hk1と重なっている近接検知部210をS1〜S6、重なっていない近接検知部210をS0としている。同様に、観察対象Hk1と重なっている光照射部220をL1〜L6、重なっていない光照射部220をL0としている。
近接センサ211に用いられているCdSセルは、入射する光が減少すると、抵抗が上昇する素子である。近接検知部210は光源ユニット200上面から光が入射するように構成されており、上面を観察対象Hk1で覆われた近接センサ211の抵抗が高くなる。そして、近接検知部210に観察対象Hk1が近接又は接触したとき、近接センサ211の抵抗値が一定の値(閾値)を超えるように設定されている。光源制御部230には、光源ユニット200の全ての近接検知部210に備えられている近接センサ211の抵抗値を示す光量信号が送信されている。そして、光源制御部230は、光量信号に基づいて、抵抗値が閾値を超えた近接センサ211が含まれる近接検知部210に観察対象Hk1が近接又は接触している判断する。
図5を例に説明すると、観察対象Hk1が重なっている近接検知部S1〜S6の近接センサ211に入光する光量が少なく、抵抗が高くなる。光源制御部230は光量信号に基づいて、近接検知部S1〜S6に備えられている近接センサ211の抵抗が閾値よりも高くなったことを検知し、近接検知部S1〜S6に観察対象Hk1が近接又は接触していると判断する。なお、観察対象Hk1が重なっていない近接検知部S0の近接センサ211の抵抗は閾値よりも低くなり、光源制御部230は観察対象Hk1が近接又は接触していないと判断する。
光源制御部230は、観察対象Hk1が近接又は接触している近接検知部S1〜S6の上方を取得しており、その情報に基づき、生体イメージングを行うための光を出射する光照射部220を決定する。以下に、光を出射する光源部の決定方法について説明する。
図4、図5に示すように、光源ユニット200において、近接検知部210と光照射部220とは、正方形であり縦方向及び横方向(それぞれ直交する方向)に、交互に配列されている。一方向に配列されている近接検知部210(図5では、S1、S3、S5又はS2、S4、S6)のうち、隣合う近接配置部210の両方に観察対象Hk1が近接又は接近している場合、その間の部分に配置される光照射部220にも観察対象Hk1が近接又は接近していると判断できる。
光源制御部230は、このことを利用して、観察対象Hk1が近接又は接近している光照射部220を検出し、その光照射部220から光を出射するようにLED光源を駆動する。図5に示すように、光源部L2は近接検知部S1とS3、光源部L3は近接検知部S2とS4、光源部L4は近接検知部S3とS5、光源部L5は近接検知部S4とS6のそれぞれに挟まれている。そのため、光源制御部230は、光源部L2、L3、L4、L5のLEDモジュール221を選択し、選択されたLEDモジュール221に含まれるLED光源のうち、生体イメージングに適した波長域の光源光がLED光源から発光させる。
光源制御部230が、上述のように、光を出射する光照射部220を決定することで、観察対象Hk1と重なっている光照射部220から光を観察対象Hk1に照射する。これにより、観察対象Hk1に正確に光を照射させることができるとともに、観察対象Hk1からはみ出た直接光や、観察対象Hk1が近接又は接触していない光照射部220からの直接光がCIGSイメージセンサ121に入射するのを抑制できる。
図5では、近接検知部210及び(又は)光照射部220に伸びる観察対象Hk1が配置されたときについて説明した。しかしながら、被検者の手や腕等は、直線上に伸びるものばかりではなく、近接検知部210及び(又は)光照射部220の配列方向に対して一定の角度をつけて、すなわち、斜めに配置される場合もある。図6は本発明にかかる光源ユニットの上部に観察対象が配置されている状態の他の例を示す平面図である。
図6に示すように観察対象Hk2は、近接検知部210及び光照射部220の配列方向に対して斜めに配置されている。近接検知部210の近接センサ211は入射する光の光量によって抵抗が変化する。上述のように、近接センサ211に入射する光量が一定以下となると、近接センサ211の抵抗が閾値をこえる。すなわち、近接検知部210が観察対象Hk2によって一定面積以上遮られると、近接センサ211の抵抗が閾値を超える。
このことを利用して、光源制御部230は、観察対象Hk2が近接又は接近している近接検知部210を検知し、光を照射する光照射部220を決定する。図6を参照して説明する。例えば、近接検知部210のおよそ70%が隠されたときに観察対象Hk2が近接検知部210と近接又は接触していると判断し、そのときの近接センサ211の抵抗を閾値とする。図6において、近接検知部S13、S16は観察対象Hk2に100%覆われており、光源制御部230は近接検知部S13、S16に観察対象Hk2が近接又は接触していると判断できる。
図6に示すように、近接検知部S11、S14、S15は観察対象Hk2が70%以上覆われている。そのため、近接検知部S11、S14、S15に設けられる近接センサ211の抵抗値は閾値よりも高くなる。そのため、光源制御部230は近接検知部S11、S14、S15に観察対象Hk2が覆っていると判断する。
一方、近接検知部S12、S01のように、観察対象Hk2が覆う面積が70%未満の場合、入射する光量が多くなる。そのため、近接検知部S12、S01に設けられた近接センサ211の抵抗が閾値よりも低くなる。そのため、光源制御部230は近接検知部S12、S01には、観察対象Hk2が近接又は接触していないと判断する。
そして、光源制御部230は、近接検知部S11、S13、S14、S15、S16の間に挟まれた光源部L12、L13、L14を選択し、観察対象Hk2は光源部L12、L13、L14のLEDモジュール221の適切な波長域の光源光がLED光源から発光する制御を行う。
以上のようにして、光源ユニット200からCIGSイメージセンサ121に直接光が入射するのを抑制しつつ、観察対象に正確に光を照射することができる。なお、近接センサ211として、CdSセルのような素子を用いることで、近接検知部210の一部が観察対象に覆われていない場合でも、観察対象に覆われている部分と判断することが可能である。これにより、観察対象のより正確な位置を検知することができる。
なお、近接検知部210及び光照射部220を細かくすることで、観察対象の位置、大きさ及び形状を正確に検知することが可能である。
また、光学的生体イメージングシステムAで観察対象の生体イメージングを行う場合、観察対象を動かして、撮影を行う場合もある。このような場合に備えて、観察対象の生体イメージングを実行している間も、近接センサ211からの光量信号を光源制御部230に送信しておき、光源制御部230は観察対象の移動、変形等を正確に検知することができる。これにより、観察対象を動かしながら生体イメージングを行う場合でも、CIGSイメージセンサ121にLED光源からの直接光(光源光)が入射するのを抑制し、正確な生体イメージングを行うことが可能である。また、観察対象の形状や大きさが変化しても、変化に対応して光源光を照射することができる。そのため、観察対象を動かして撮影を行う場合でも、詳細かつ正確な映像を取得することが可能である。
上述の実施形態では、光源制御部230は、近接センサ211からの光量信号に基づいて近接検知部210に入射する光量(遮光)を検知し、観察対象の形状、位置、大きさ等を認識していた。しかしながら、生体イメージングを行う場所の環境光によっては、入射する光量が同じでも、観察対象が近接検知部210を覆う面積(比率)が異なる場合がある。そこで、光源制御部230は、観察対象が配置される前の状態の近接センサ211からの光量信号と、観察対象が配置されたときの光量信号の比率に基づいて、観察対象が近接検知部210を覆う面積を検知するようにしてもよい。また、予め光量信号を検知できない場合や、環境光が変化する場合もある。その場合には、光源ユニット200の全ての近接検知部210の近接センサ211からの光量信号のうち、最も光量が大きいものとの比率で観察対象が近接検知部210を覆う面積を検知するようにしてもよい。
また、本実施形態では、近接検知部210及び光照射部220の両方が同じ大きさの正方形としているが、これに限定されるものではない。例えば、観察対象の形状、配置方向がある程度決まっている診療に用いる場合、近接検知部210と光照射部220をひし形で形成してもよい。また、本実施形態では、近接検知部210と光照射部220とを交互に配列しているが、これに限定されるものではなく、近接検知部210の間に、複数個の光照射部220が配置される構成であってもよい。近接検知部210及び光照射部220をそれぞれ一定の間隔で配置できる構成を広く採用することができる。また、本実施形態では、近接検知部210と光照射部220とを敷き詰めた構成となっているが、部分的に隙間が形成されるような構成、例えば、円形を平面上に並べた構成としてもよい。
また、本実施形態では、光源ユニット200として、平面状の上面を有し、その上面に観察対象を載置する構成のものとしているが、これに限定されるものではなく、折り曲げた状態等の観察対象の生体イメージングを行うため、光源ユニットの上面が側面から見て湾曲又は屈曲した形状としてもよいし、適度に湾曲又は屈曲させることができる構成であってもよい。
さらに、光源ユニット200に観察対象を接触させて生体イメージングを行っているが、必ずしも接触していなくてもよい。例えば、載置台410の開口411を透光性を有する部材(例えば、ガラス、樹脂等)で塞ぎ、光源ユニット200を載置台410の内部に配置するようにしてもよい。このように配置することで、光源ユニット200と観察対象とは直接接触しないが、上述と同じ方法で、光照射部220からの直接光がCIGSイメージセンサ121に直接入射する光を低減することが可能である。
また、本実施形態において光源ユニット200の発光源として、LED光源を採用しているが、これに限定されるものではない。例えば、レーザ発光素子、有機EL発光素子等の素子を利用してもよい。
(変形例)
光源ユニット200の光照射部220のそれぞれに、透光(開く)又は遮光(閉じる)を行うシャッター部(光遮断部)を備えていてもよい。光源ユニット200から観察対象に照明を行うとき、光源制御部230は光を出射する光照射部220のシャッター部を透光状態(開き)にし、その他の光照射部220のシャッター部を遮光状態(閉じる)にする。このような構成とすることで、隣の光照射部220の光が、漏れ光が出射を行わない光照射部220から外部に漏れるのを抑制する。これにより、より精度の高い生体イメージングを行うことが可能である。
光源ユニット200の光照射部220のそれぞれに、透光(開く)又は遮光(閉じる)を行うシャッター部(光遮断部)を備えていてもよい。光源ユニット200から観察対象に照明を行うとき、光源制御部230は光を出射する光照射部220のシャッター部を透光状態(開き)にし、その他の光照射部220のシャッター部を遮光状態(閉じる)にする。このような構成とすることで、隣の光照射部220の光が、漏れ光が出射を行わない光照射部220から外部に漏れるのを抑制する。これにより、より精度の高い生体イメージングを行うことが可能である。
なお、シャッター部としては、物理的に(機械的に)動作するものであってもよいし、液晶シャッター等を用いる構成であってもよい。また、シャッター部を備える構成の場合、光照射部220のそれぞれにLEDモジュール221を備える構成であってもよいし、背面側から均一な光を照射し、光を照射するように選択された光照射部220に備えられているシャッター部を透光状態にすることで同様の効果を得ることも可能である。また、光ファイバー、導光部材等を利用して、離れた場所に配置されている発光源からの光を各光照射部220に導光し、光を照射するように選択された光照射部220に備えられているシャッター部を透光状態にすることで同様の効果を得ることも可能である。
(第2実施形態)
本発明にかかる光学的生体イメージングシステムの他の例について図面を参照して説明する。図7は本発明にかかる光学的生体イメージングシステムの他の例の概略配置図である。本実施形態にかかる光学的生体イメージングシステムは、光源ユニット500が異なる以外は、第1実施形態の光学的生体イメージングシステムAと同じ構成を有している。そのため、実質上同じ部分には同じ符号を付すとともに、同じ部分の詳細な説明は省略する。
本発明にかかる光学的生体イメージングシステムの他の例について図面を参照して説明する。図7は本発明にかかる光学的生体イメージングシステムの他の例の概略配置図である。本実施形態にかかる光学的生体イメージングシステムは、光源ユニット500が異なる以外は、第1実施形態の光学的生体イメージングシステムAと同じ構成を有している。そのため、実質上同じ部分には同じ符号を付すとともに、同じ部分の詳細な説明は省略する。
光源ユニット500は、複数個(4個)のLED光源を備えたLEDモジュール510が複数個備えた構成となっている。LEDモジュール510は、所定の間隔をあけて直線上に配置されているとともに、直線上に配置された配列が配置方向と直交するように並んでいる。図7で説明すると、紙面厚さ方向に並べられたLEDモジュール510を、紙面左右方向に複数個(ここでは、4個)並べている。
光学的生体イメージングシステムBでは、光源ユニット500から出射された光が観察対象に確実に照射されるとともに、直接光がCIGSイメージセンサ121に入射しないことが要求される。そのため、光学的生体イメージングシステムBでは、LEDモジュール510の複数個のLED光源を光軸(図7中、C1で示す)が平行になるようにまとめている。そして、LED光源の光軸C1が、カメラユニット100のレンズユニット130に直接入射しないように、カメラユニット100に対して傾けて配置している。
詳しく説明すると、光源ユニット500では、観察対象が載置台410の中央に配置されることを想定し、載置台410の中央から左側のLEDモジュール510は光軸C1がカメラユニット100に対して右側に傾くように配置されている。逆に中央から右側のLEDモジュール510は光軸C1がカメラユニット100に対して左側に傾くように配置されている。なお、光軸C1の光源ユニット500の上面に対する傾斜角度は、LEDモジュール510配置場所によって異なる角度としているが、配置場所にかかわらず一定であってもよい。
LED光源は点光源であるため、LED光源から照射される光源光は、拡散光(拡散成分を含む光)である。LED光源の配光角によっては、光源光の拡散成分がCIGSイメージセンサ121に入射しても、白飛びや白浮きの原因になる。そこで、図示は省略しているがLEDモジュール510には、光源光に指向性を持たせる(例えば、平行光にする)光学部材が取り付けられており、光源光は高い指向性を持つ光となる。
光学的生体イメージングシステムBでは、レンズユニット130がLED光源の光軸C1の延長線上から外れるようにカメラユニット100と光源ユニット200が配置されている。そして、LEDモジュール510からの光源光は指向性が高い光であるため、このままで撮影をした場合、光源光はレンズユニット130にほとんど入らない。
観察対象は生体であることから、光源光は観察対象の内部に入射した後、観察対象の内部で拡散され、LED光源の光軸C1とは異なる方向に進むとともに、観察対象から外部に出射する。このとき、観察対象から外部に出射される光のうち、一部はレンズユニット130に向かって照射されるため、LED光源の光軸C1上にレンズユニット130が無くても、観察対象からの光、すなわち、観察対象に入射した光源光が観察対象を透過した光の撮影ができる。
このように構成することで、観察対象の内部の画像を撮像することができるとともに、LEDモジュール510(LED光源)からの光源光が直接CIGSイメージセンサ121に入射するのを抑制することができる。これにより、観察対象の生体イメージングを詳細且つ正確に行うことが可能である。
配置されている全てのLEDモジュール510を光軸C1がカメラユニット100に対して同じ方向に向くように配列されていてもよい。また、LEDモジュール510を複数の同心円状に配列し、それぞれのLEDモジュール510の光軸C1が中央に向かうように傾けられていてもよい。
また、LEDモジュール510を回動可能に支持しておき、アクチュエータ等の駆動部を利用して、光軸C1の傾斜角度を変更可能に形成していてもよい。このように形成することで、観察対象が移動したり、変更されたりしたときにも、詳細な生体イメージングを行うことができる光源光を照射することが可能である。
その他の特徴については、第1実施形態と同じである。
以下に、本発明にかかる光学的生体イメージングシステムを用いた、生体イメージングについて説明する。図8は生体イメージング動作を示すフローチャートである。ここでは、第1実施形態の光学的生体イメージングシステムAで生体イメージングを行ったときについて示すが、第2実施形態の光学的生体イメージングシステムBでもほとんど同じである。よって、第2実施形態の光学的生体イメージングシステムBを用いたときに異なる点については、その都度説明するものとする。
光学的生体イメージングシステムAで生体イメージングを行う場合、操作者は目的(例えば、血管画像の取得、血流の定量評価等)について予め操作部310を利用して処理部330に入力している。処理部330はその目的に対応するような制御指示を、カメラ制御部122お飛び光源制御部230に送っている。以下の説明では、必要に応じて処理部330からの指示について説明する。
観察対象が光源ユニット200の上部に載置されたとき、光源制御部230は、全ての近接検知部210の近接センサ211からの光量信号に基づいて、観察対象が接近又は接触している近接検知部210を検出する。これにより、光源制御部230は観察対象の大きさ、形状を認識する(ステップS101)。
光源制御部230は、観察対象の大きさ形状の情報に応じて、光源光を観察対象に対して照射する光照射部220を選択する(ステップS102)。このとき、光源制御部230は、光照射部220に配置されているLEDユニット221も選択する。そして、光源制御部230は、処理部330からの指示に応じて観察対象に照射する光源光の波長域を選択する(ステップS103)。なお、光学的生体イメージングシステムBでは、観察対象の大きさ、形状の認識(ステップS101)、光照射部220の選択(ステップS102)は省略される。
そして、光源制御部230は選択されたLEDユニット221に含まれるLED光源の中から選択された波長域の光源光を出射できるLED光源を駆動し光源光を観察対象に対して照射する(ステップS104)。カメラ制御部122は、レンズユニット130を駆動し、観察対象にピントを合わせるとともに観察対象を透過した光を撮影する。そして、カメラ制御部122は撮影した撮影データを処理部330に送り、処理部330は記憶部350に保存する(ステップS105)。
処理部330は生体イメージングの目的から追加の撮影(異なる波長域の光を照射しての撮影)が必要か否か判断する(ステップS106)。追加の撮影が必要な場合(ステップS106でYesの場合)、光源制御部230は、次の撮影に必要な別の波長域を選択する(ステップS107)。そして、ステップS104に戻り、発光を行う。
追加の撮影が不要の場合(ステップS106でNoの場合)、処理部330は保存している撮影データをもとに画像処理を行う(ステップS108)。なお、画像処理としては、複数の画像を重ね合せ、複数の画像のうちひとつ(例えば血管の画像)の強調表示(例えば、着色)等を挙げることができる。
そして画像処理によって生成された表示データを表示部320に表示する(ステップS109)。処理部330は、生体イメージングの目的の中に定量評価(例えば、血流量の評価)が有るか否か確認する(ステップS110)。定量評価をしない場合(ステップS110でNoの場合)、ステップS101に戻り観察対象の大きさ、形状の認識から再開する。
定量評価する場合(ステップS110でYesの場合)、記憶部350に残っている撮影データを比較し定量評価を行う(ステップS111)。そして、定量評価の結果を表示部320に表示した後、ステップS101に戻り観察対象の大きさ、形状の認識から再開する。
以上のような手順で、観察対象の生体イメージングは行われる。
本発明にかかる光学的生体イメージングシステムでは、CIGSイメージセンサと複数の波長域の光源光を出射できるLEDモジュールを備えていることで、観察対象の形状、しわ、血管、リンパ等をそれぞれ又は同時に撮影することが可能になっている。
次に生体イメージングの手順について図面を参照して説明する。図9は画像処理イメージを示す図であり、図10は画像処理後の映像データを表示部に表示した概略図である。本例では、観察対象である掌に、光源光として、950nm、1050nmの光をフラッシュ照射して連続撮影した撮影データに基づいて、画像処理を行っている。
処理部330は記憶部350から画像データを呼び出し(図9のF101)、各波長の差分を演算(F102)することで、光源光が950nmのときの画像データを取得する(F103)。また、同様の方法で、光源光が1050nmのときの画像データを取得する(F104)。
光源光が950nmのときの画像データは観察対象の形状、しわ、血管の像が含まれる。一方、光源光が1050nmのときヘモグロビンでの光吸収が少ないため、画像データは観察対象の形状、しわの像が含まれる。
そして、処理部330は、950nmの画像データと1050nmのときの画像データの差分を演算し、950nm−1050nmの画像データとして血管の画像データを取得する(F105)。そして、血管の画像データに着色、コントラストの変更等の処理を施し、再度、950nmの画像データ又は1050nmの画像データと合成することで、観察対象の形状、しわの像に強調された血管の像を重ね合せることができる(F106)。
このように、本発明の光学的生体イメージングシステムを用いることで、生体内部の所定の部位を強調したり、逆に目立たなくしたりした映像を、表示部320に表示することが可能である。また、処理部330の処理能力によるが、これらの映像をリアルタイム又は略リアルタイムで表示部320に表示することができるため、光学的生体イメージングシステムを診断だけでなく、手術や処置等の治療にも利用することが可能である。
本発明にかかる光学的生体イメージングシステムでは、生体内部(血管、血流、リンパ管等)の像を詳細かつ正確に表示することが可能であるため、医療に利用することが可能である。例えば、生体内の末梢血管のイメージングを行い、虚血部位の確認、血流量の確認等を行い、血管の減少や血流の減少を観察することで、強皮症、膠原病、リウマチ性疾患等の疾患の診断、治療等に利用することが可能である。そして、これらの診断、治療を行う際に、蛍光剤の注入(注射)や外科的な処置等の侵襲を伴う処置が不要であるため、被検者の負担を減らすことが可能である。また、観察対象に光を照射し、透過した光を撮影するといった簡単な操作であるため、光学的生体イメージングシステムを医療に用いることで医療現場における診断精度向上、スピードアップに寄与することが可能となる。
上述の各実施形態では、イメージセンサとしてCIGSイメージセンサを用いているが、従来のSi−CMOSを用いても、同様の生体イメージングを行うことが可能である。しかしながら、以下の理由から、Si−CMOSに比べて、CIGSイメージセンサを用いる方がより多くのメリットがある。
本発明者らは、近赤外光とCIGSイメージセンサを組み合わせて用いることにより、ICG蛍光材(循環器検査や肝機能検査に用いられる緑色色素)や造影剤を使わずに血管をイメージングすることが可能であるという知見を得た。これは、既存のSi−CMOSと比べて、CIGSイメージセンサは、近赤外領域での量子効率が高いので、血管をより強調することができるからである。
また、CIGSイメージセンサは、広い波長帯域で量子効率が高いので、複数の波長帯域を任意に切り替えながら撮像を行うことにより、水分やヘモグロビンなどで吸収係数が異なる特徴を生かして、生体の特徴部位を抽出したり強調したりすることが可能である。
また、CIGSイメージセンサを用いれば、可視光での観察、ICG蛍光での観察、及び、近赤外光での観察をいずれも行うことができるので、任意の波長帯域を選択することにより、Si−CMOSでは得られなかった生体像を得ることが可能となる。
上述のように、近赤外光の波長領域を切り替ながら複数の撮像データを取得し、これらを演算して画像合成ないし特徴抽出(エッジ強調など)を行うことにより、ICG蛍光材を使用せずに、血管や血流の観察を行うことが可能となる。
また、医療現場(特に外科手術)では、蛍光の変化を定量的に観察して評価したい、或いは、手術後に動脈が閉塞した虚血部位を確認したい、というニーズがある。既存のSiーCMOSでは、ICG蛍光での観察を行うことはできるものの、定量的に蛍光観察を行うことで血流量を評価することは決して容易でない。一方、CIGSイメージセンサを利用すれば、上記のニーズをも満足することができるようになるので、医療現場の診断精度向上、スピードアップ、ないしは、患者の負担軽減に寄与することが可能となる。
上述の各実施形態では、光電変換部にCIGSを用いたCIGSイメージセンサを採用しているが、これに限定されるものではなく、例えば、CIS、CZTS、InGaAs等の化合物半導体を用いても同様の効果を得ることが可能である。また、これら以外にも、上述と同様の効果を得ることができる物質を光電変換部に採用してもよい。
なお、本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。
A、B 光学的生体イメージングシステム
100 カメラユニット
110 筐体
120 カメラモジュール
121 CIGSイメージセンサ
122 カメラ制御部
123 外部接続インターフェース
124 発振器
125 温度調整部
130 カメラモジュール
200 光源ユニット
210 近接検知部
211 近接センサ
212 近赤外光カットフィルタ
220 光照射部
221 LEDモジュール(光源部)
222 光学部材
230 光源制御部
240 電源回路
250 インターフェース
300 制御ユニット(パソコン)
310 操作部
320 表示部
330 処理部
340 接続インターフェース
350 記憶部
400 支持ユニット
410 載置台
411 開口
420 支柱
430 カメラ保持部
500 光源ユニット
510 LEDモジュール(光源部)
100 カメラユニット
110 筐体
120 カメラモジュール
121 CIGSイメージセンサ
122 カメラ制御部
123 外部接続インターフェース
124 発振器
125 温度調整部
130 カメラモジュール
200 光源ユニット
210 近接検知部
211 近接センサ
212 近赤外光カットフィルタ
220 光照射部
221 LEDモジュール(光源部)
222 光学部材
230 光源制御部
240 電源回路
250 インターフェース
300 制御ユニット(パソコン)
310 操作部
320 表示部
330 処理部
340 接続インターフェース
350 記憶部
400 支持ユニット
410 載置台
411 開口
420 支柱
430 カメラ保持部
500 光源ユニット
510 LEDモジュール(光源部)
Claims (14)
- 二次元配列されているとともに観察対象の近接を検知する複数個の近接検知部と、
隣合う前記近接検知部の間に配置されているとともに前記観察対象に光源光を照射する複数個の光照射部と、
前記光照射部から照射される光源光を出射する光源部と、
前記観察対象を透過した光を撮影する撮影部とを備え、
前記観察対象の近接を検知した2以上の近接検知部の間に挟まれて配置されている光照射部から光源光を照射する光学的生体イメージングシステム。 - 前記撮影部が光電変換部を備えている請求項1に記載の光学的生体イメージングシステム。
- 前記光電変換部がCIGSを含む請求項2に記載の光学的生体イメージングシステム。
- 前記近接検知部と前記光照射部とが交互に配列されている請求項1から請求項3のいずれかに記載の光学的生体イメージングシステム。
- 前記光照射部にはそれぞれ前記光源部が備えられている請求項1から請求項4のいずれかに記載の光学的生体イメージングシステム。
- 前記光照射部は、前記光源光を遮断することが可能な光遮断部を備えている請求項1から請求項5のいずれかに記載の光学的生体イメージングシステム。
- 観察対象に対し指向性を有する光源光を照射する光源部と、
前記観察対象に入射した光のうち外部に出射した光を撮影する撮影部とを備え、
前記光源光の光軸が前記撮影部の外側を通るように、前記光源部が配置されている光学的生体イメージングシステム。 - 前記撮影部が光電変換部を備えている請求項7に記載の光学的生体イメージングシステム。
- 前記光電変換部がCIGSを含む請求項8に記載の光学的生体イメージングシステム。
- 前記光源部が複数個備えられており、
前記複数個の光源部は、前記光軸の前記撮影部に対する傾斜方向が同じになるように配置されている請求項7から請求項9のいずれかに記載の光学的生体イメージングシステム。 - 前記光源部が複数個備えられており、
前記複数個の光源部の少なくとも一つは、前記光軸の前記撮影部に対する傾斜方向が他と異なる方向となるように配置されている請求項7から請求項9のいずれかに記載の光学的生体イメージングシステム。 - 前記光源部の傾斜角度を変更する角度変更部を備えている請求項7から請求項11のいずれかに記載の光学的生体イメージングシステム。
- 前記光源部は、前記観察対象に照射する光源光の波長域として、近赤外光領域の候補を含む複数の候補から選択する請求項1から請求項12のいずれかに記載の光学的生体イメージングシステム。
- 前記波長域の複数の候補は、近赤外領域に少なくとも2以上の波長域の候補を含む請求項13に記載の光学的生体イメージングシステム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014224469A JP2016087063A (ja) | 2014-11-04 | 2014-11-04 | 光学的生体イメージングシステム |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014224469A JP2016087063A (ja) | 2014-11-04 | 2014-11-04 | 光学的生体イメージングシステム |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016087063A true JP2016087063A (ja) | 2016-05-23 |
Family
ID=56015715
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014224469A Pending JP2016087063A (ja) | 2014-11-04 | 2014-11-04 | 光学的生体イメージングシステム |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2016087063A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107946334A (zh) * | 2017-12-22 | 2018-04-20 | 成都先锋材料有限公司 | 影像传感器芯片、影像传感器芯片的制备方法、影像传感器以及生物活体影像监控*** |
-
2014
- 2014-11-04 JP JP2014224469A patent/JP2016087063A/ja active Pending
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