JP4555534B2 - 撮像装置 - Google Patents
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Description
本発明は、赤外線に基いて対象物のビデオ映像を生成する撮像装置に関する。
【０００１】
医療処置・治療においては、医療従事者が患者の腕部やその他の器官にある血管を検出する必要が生じる場合がある。この作業は、特に多量に蓄積した皮下脂肪の下に血管が存在する時には困難となる。従来の撮像装置では、そのような血管の検出を支援するための性能が欠けている。
【０００２】
そこで、皮下血管とその周囲組織の視覚コントラストを高める装置が求められている。
前記及びその他の要求を満たすために、請求項１の発明は、身体組織の表面下にある皮下血管の視認性を向上させるための撮像装置であって、ある範囲の複数の異なる照射方向から赤外線を前記身体組織に照射するための照射源と、前記身体組織から反射された赤外線を受光し、この反射光に基づいて前記皮下血管の映像を提供するように作動する撮像器と、前記皮下血管の可視光像を前記身体組織の表面に投影するビデオ・プロジェクターとを備えたことを特徴とし、さらに請求項２の発明は、身体組織の表面下にある皮下血管の視認性を向上させるべく拡散赤外線の照射の下で前記身体組織を観察するための撮像装置であって、ある範囲の複数の異なる照射方向から拡散赤外線を前記身体組織に照射して前記皮下血管に拡散赤外線を供給する照射源と、前記身体組織から反射された拡散赤外線を受光して、前記皮下血管の映像を生成するための撮像器と、前記皮下血管の可視光像を前記身体組織の表面に投影するためのビデオ・プロジェクターとを備えたことを特徴としている。
【０００３】
本書記載の本発明を使用すれば、皮下血管がビデオ映像として容易に視認でき、そこでは明るい周囲肉部を背景に皮下血管が暗線として観察される。
【０００４】
本発明の好ましい実施例では、照射装置は赤外線を生成する赤外線光源と赤外線を拡散する光拡散構造体とを備える。この拡散構造体は、赤外線光源からの赤外線を受光する入射口と複数の内部反射表面とを有する。反射表面は、赤外線を複数回、複数方向に反射することにより、拡散赤外線を生成する。また拡散構造体は、複数の反射表面から反射した拡散赤外線を受光し、この拡散赤外線を身体組織に向けて放射する射出口を有する。また上記装置は、身体組織から反射された拡散赤外線を受光し、この反射赤外線に基づいて身体組織のビデオ映像を生成するビデオ撮像装置を備える。
【０００５】
いくつかの好適な実施例では、拡散構造体は、反射性内表面を有する長形外側包囲体及び該外側包囲体内に配設された長形内側包囲体を備える。内側包囲体は外側包囲体の内表面に対向する反射性外表面を有する。
【０００６】
本発明の他の好適な実施例では、対象物を直接観察する者が感知する、対象物の明暗部間の視覚コントラストを高める照射装置が提供される。該装置は、赤外線を生成する赤外線光源と赤外線を拡散する構造体とを備える。該拡散構造体は赤外線光源からの赤外線を受光する入射口と、赤外線を複数回、複数方向に反射することにより拡散赤外線を生成する複数の反射表面とを有する。また該拡散構造体は、反射表面から反射された拡散赤外線を受光し、拡散赤外線を対象物へ放射する射出口を有する。また該装置は、対象物から反射された拡散赤外線を映像として測定し、この映像を表すビデオ出力信号を生成するビデオ撮像装置を備える。ビデオ・プロジェクターは、ビデオ撮像装置からビデオ出力信号を受信し、対象物にビデオ・プロジェクター可視光を投影することにより、ビデオ撮像装置により受像された視覚映像を表す視覚映像を形成する。ビデオ・プロジェクターにより投影された視覚映像は、ビデオ撮像装置が対象物を観察したのと同一視点から対象物に照射される。従って、投影された視覚映像の特徴と対応する対象物の特徴とが重なり合うことになる。上記装置は、拡散赤外線とビデオ・プロジェクター可視光を識別するためのフィルターを備える。このフィルターは、対象物から反射された拡散赤外線をビデオ撮像装置に到達させる一方で、ビデオ・プロジェクター可視光がビデオ撮像装置に到達することを阻止する。このように、フィルターは所望の視覚効果を低下させるポジティブ・フィードバックを排除する。
【０００７】
本発明のその他の利点は、以下の好適な実施例の詳細な説明及び縮尺が一定ではない添付図面から明らかとなろう。下記の図面においては、同様又は類似の構成要素には同じ符号を付してある。
【０００８】
図１は、本発明の好適な実施例による、赤外線照射下で対象物を観察するための撮像装置を示す。
【０００９】
図２Ａ及び図２Ｂは、本発明の好適な実施例による、拡散赤外線を使用する撮像装置の斜視図である。
【００１０】
図３及び図４は、本発明の好適な実施例による、撮像装置の断面図である。
【００１１】
図５は、本発明の好適な実施例による、撮像装置の機能ブロック図である。
【００１２】
図６Ａは、本発明の別の実施例による、拡散赤外線を使用する撮像装置の斜視図である。
【００１３】
図６Ｂは、図６Ａの撮像装置の断面図である。
【００１４】
図７Ａは、本発明の更に別の実施例による、拡散赤外線を使用する撮像装置の斜視図である。
【００１５】
図７Ｂは、図７Ａの撮像装置の断面図である。
【００１６】
皮膚及びその他の身体組織は約７００〜９００ｎｍの近赤外領域の赤外線を反射するが、血液はこの領域の光を吸収する。従って、赤外線照射下で撮影した身体組織のビデオ映像では、血管は周囲肉部の明るい背景の中に暗線として観察される。しかしながら、皮下脂肪の反射性のため、多量の脂肪蓄積下に存在する血管に、直接光すなわち略単一方向から到達する光を照射しても、その視認が困難あるいは不可能となる場合がある。
【００１７】
本発明者らは、多量の皮下脂肪が蓄積した身体組織部分を高拡散赤外線照射下に近赤外領域で撮像した領域は、赤外線の直接照射下で組織を観察した場合に比べて、血管とその周囲肉部のコントラストが極めて高くなることを見い出した。本発明の作用は特定の理論になんら限定されるものではないが、皮下脂肪により反射された拡散赤外線の大部分が、観察方向以外の方向に反射するためと思われる。従って、高拡散赤外線を組織に照射すると、血管とその周囲肉部との間の所望の視覚コントラストが維持される。
【００１８】
図１は、身体組織などの対象物３２に高拡散赤外線を照射し、対象物３２から反射された赤外線に基づいて対象物３２のビデオ映像を生成する撮像装置２を示す。ここに詳述するように、対象物３２が身体組織である場合は、組織内の皮下脂肪下に存在する血管が、装置２により生成されたビデオ映像で明瞭に観察されるであろう。
【００１９】
撮像装置２は、複数の異なる照射方向から赤外線を対象物３２に照射する照射装置１０を備える。装置１０は複数の赤外線供給部１０ａ〜１０ｆを備え、それぞれ異なる照射方向から対象物３２に赤外線を供給する。各光供給部１０ａ〜１０ｆからの赤外線の到達方向は、図１の光線４ａ〜４ｆにより示される。図１に示すように、赤外線の到達方向は、対象物３２表面に直交又はほぼ直交する方向から、対象物３２表面に平行又はほぼ平行な方向にまで及ぶ。このように、赤外線が広範囲の照射方向から対象物３２に到達するので、赤外線照射は高拡散となっている。
【００２０】
以下に更に詳細に説明するように、光供給部１０ａ〜１０ｆは単一光源からの光を対象物３２へ向ける光反射性表面であることが好ましい。他の実施例では、光供給部１０ａ〜１０ｆは、個々の光源、又は光源と反射体の組み合わせである。
【００２１】
また該撮像装置２は、ビデオカメラなどの、対象物３２を観察するための撮像機３８を備える。この撮像機３８は、図１の矢印６で示される観察方向から対象物３２を観察する。撮像機３８は、対象物３２から反射された拡散赤外線を受光し、この反射赤外線に基づいて対象物３２の電子ビデオ映像を生成する。
【００２２】
図２Ａ及び図２Ｂは、照射装置１０の好適な実施例を示す。図３は、図２Ａ乃至図２Ｂに示すＡ−Ａ断面に対応する装置１０の断面図を示す。装置１０は、好ましくは光拡散構造体１４の一端へ光を放射する光源１２を備える。光拡散構造体１４は、反射性内表面を有する長形外側包囲体１６を備える。この長形外側包囲体１６の内表面は白色であることが好ましい。あるいは、これらの反射性表面は鏡面、又は白色表面と鏡面の組み合わせである。光拡散構造体１４の光源１２とは反対側の端部には、中空光誘導部２２が設けられる。以下に更に詳細に説明するように、光誘導部２２は拡散光の射出口として機能する。
長形外側包囲体１６は第１及び第２部分１６ａ、１６ｂを備え、それぞれ大端部と小端部を有する。第１及び第２部分１６ａ、１６ｂは、それぞれ４つの台形側面を有する実質的に角錐の形状であることが好ましい。好適な実施例では、部分１６ａ、１６ｂの各端部が正方形の開口部分を形成するように、部分１６ａ、１６ｂの４つの台形面は同一形状を有する。図２Ｂ乃至図３に示すように、第１及び第２部分１６ａ、１６ｂの大端部は相互に接合して包囲体１６を形成する。
【００２３】
第１部分１６ａの小端部では、部分１６ａの４つの台形面の四短辺により入射口１８が形成される。光源１２は、好ましくは入射口１８で第１部分１６ａの小端部に装着される。従って、光源１２で生成された光は入射口１８から長形包囲体１６の中へ入射し、包囲体１６の内部表面を照射する。
【００２４】
第２部分１６ｂの小端部では、部分１６ｂの４つの台形面の四短辺により射出口２０が形成される。射出口２０に中空光誘導部２２の一端が装着される。光誘導部２２は、包囲体１６の内表面と同様に白色の反射性内表面を有することが好ましい。
【００２５】
装置１０は、更に外部包囲体１６内に、好ましくは同軸状に配置された長形内側反射体２４を備える。わかりやすいように、図２Ａでは内側反射体２４を外側包囲体１６から取り外してある。好適な実施例では、内側反射体２４は、角錐部分２４ｂの正方形底面に接合した正四角柱部分２４ａから形成される。角錐部分２４ｂの４つの側面は、先細りして頂点を形成することが好ましい。図３に示すように、角錐部分２４ｂの頂点は、外側包囲体１６の入射口１８に近接して配置される。内側反射体２４は、外側包囲体１６の内表面と同様の反射性白色外表面を有する。
【００２６】
構造体１４の光拡散特性は、図３を参照することで最も良く理解される。光源１２内には、クオーツハロゲン電球などのランプ２６とギルウェイ社製部品番号Ｌ５１７Ａ−Ｇの金メッキ反射体が配設される。通電時に、ランプ２６は白色光を電磁放射する。
【００２７】
ここでは説明のために、ランプ２６を点源とみなし、例示的な光線２８、３０で示すように複数方向に光を放射するものとする。図３に示すように、光線２８は外側包囲体１６の部分１６ｂの内表面で反射する。その後、光線２８は射出口２０を通過して光誘導部２２に入射し、光誘導部２２の内表面で複数回反射した後出口２３から放射される。光線２８と異なる角度で光源１２から放射された光線３０は、内側反射体２４により反射される。その後、光線３０は外側包囲体１６の部分１６ｂの内表面で反射して射出口２０を通過し、光誘導部２２に入射する。光誘導部２２の内表面で複数回反射した後、光線３０も出口２３から放射されるが、その角度は光線２８の角度とは異なる。
【００２８】
対象物３２を出口２３近辺に配置すると、光線２８と光線３０は異なる角度で対象物３２に到達する。光源１２からの放射光は、内側反射体２４と外側包囲体１６の内表面に衝突し無数の角度で反射される無数の光線として表されることが理解されよう。従って、出口２３から放射された光は、多数の異なる角度で対象物３２に到達する高拡散光となる。これらの到達角度は、出口２３の面に対してほぼ直交からほぼ平行までの範囲に及ぶ。拡散構造体１４は三次元の立体であるため、図３に示す表面に直行する表面などの、外側包囲体１６と内側反射体２４の他の表面からも光が反射されることが理解されよう。従って、照射装置１０の出口２３から放射される光は高拡散光となり、多数の異なる光源から生成されたように見える。
【００２９】
外側包囲体１６の反射性内表面と内側反射体２４の反射性外表面の構成により、拡散構造体１４はランプ２６から放射された光を出口２３へ効率的に伝達する。従って、ランプ２６から供給された光の大部分は対象物３２に到達し、光エネルギーはほとんど浪費されない。
【００３０】
以下に更に詳細に説明するように、照射装置１０は、医療分野の映像化のための拡散光の供給に用いることができる。しかしながら、本発明の範囲は、医療的使用に限定されないことが理解されよう。装置１０は、一般的な写真撮影のための拡散光源として使用することも可能である。
【００３１】
本発明の好適な実施例では、図３に示すように光源１２は、ランプ２６と外側包囲体１６の入射口１８との間に配置されたコールドミラー３４を備える。コールドミラー３４は、選別赤外波長領域外の波長を持つほぼすべての光を反射する。選別領域は、好ましくは約７００〜１０００ｎｍの波長を含む。コールドミラー３４に極近接して、コールドミラー３４と入射口１８との間には、赤外線透過フィルター３６が配設され、このフィルター３６が選別赤外領域内の波長を持つ光を透過し、かつ選別赤外領域外の波長を持つ光を更に減衰させる。従って、コールドミラー３４とフィルター３６とを通過し外側包囲体１６の中へ入射した光は、上記選別赤外領域内の波長を持つ赤外線となる。
【００３２】
他の方法により、光源１２が赤外線を生成するよう構成できることは理解されるはずである。例えば、光源１２を赤外発光ダイオード（ＬＥＤ）又は赤外ＬＥＤのアレイから形成してもよい。従って、図３に示された光源１２の上記構成は好適な一実施例であって、本発明は光源１２の特定の構成になんら制限されない。
【００３３】
図４は、照射装置１０の好適な寸法を示す。図４に示すように、光拡散構造体１４の全長は約３４. ８２インチである。第１及び第２部分１６ａ、１６ｂの接合部での外側包囲体１６の高さと幅は、約１０. ０４インチである。光誘導部２２の長さは好ましくは約１４. ００インチであり、その高さと幅は約５. ０８インチである。内側反射体２４の全長は、好ましくは約１５. ８６インチである。内側反射体２４の筒部２４ａの長さは、好ましくは約７. ９３インチである。筒部２４ａの高さと幅は約３. ５インチである。光源１２の高さと幅は約２. １１インチである。
【００３４】
図４に示すように、本発明の好適な実施例では、ビデオ撮像機３８と併用されるレンズ４０を備え、対象物３２から反射された拡散光に基づいて対象物３２のビデオ映像を生成する。本実施例の撮像機３８としては、コーフ社製の型番６３１５２００１００００の充電接続装置（ＣＣＤ）付きビデオカメラが好ましい。好適な実施例のレンズ４０は、アンジェニュー社製の２５ｍｍｆ−０. ９５映画カメラ用レンズである。
【００３５】
好適な実施例のカメラ３８とレンズ４０は、内側反射体２４の筒部２４ａ内に配設される。図４に示すように、筒部２４ａの開口端は、カメラ３８とレンズ４０が対向する開口部を形成する。このように、中空光誘導部２２はカメラ３８の視野内でほぼ中心に位置することになる。従って、カメラ３８は、対象物３２に反射して光誘導部２２に入射し、包囲体１６を通過して角柱部２４ａの開口端から入射する光を受光する。
【００３６】
図４に示すように、本発明の好適な実施例では、筒部２４ａの開口端に配置された赤外線透過フィルター４２を備える。このフィルター４２は対象物３２から反射された光、及び包囲体１６に入射する他のあらゆる光を受光し、約７００〜１０００ｎｍの赤外領域外の波長を持つ光を実質的にすべて排除する。好適な実施例では、フィルター４２は約８００〜８５０ｎｍの選別赤外領域外の波長を持つ光を実質的に排除する。従って、フィルター４２を通過しレンズ４０に入射する光は、上記選別波長領域内の赤外線である。これにより、カメラ３８は、照射装置１０内で発生し対象物３２で反射した赤外線を主に受光する。
【００３７】
カメラ３８は、対象物３２から反射された光に基づき、対象物３２のビデオ映像をビデオ電気信号の形で生成する。図５に示すように、ビデオ信号は、好ましくはデジ・ビジョン社製、型番ＩＣＥ−３０００のボードなどの映像画質向上ボード４４へ供給される。ボード４４はカメラ３８からのビデオ信号に基き、向上したビデオ映像信号を生成する。向上したビデオ映像信号は、ミロ社製の２０−ＴＤＬｉｖｅ型カードなどのビデオ取込・表示カード４６へ供給される。カード４６は、映像信号から静止映像を取込み、デジタル記憶装置にデジタル形式で保存することができる。またカード４６は、ビデオモニター４８にリアルタイム表示するために、ビデオ映像信号をフォーマットする。
【００３８】
照射装置１０は、本発明による拡散赤外線を発生する他の手段を用いてもよいことは理解されるはずである。具体的には、図１の光供給部１０ａ〜１０ｆとして、例えばリングストロボを使用することができる。あるいは、ＬＥＤの円形アレイで、対象物３２の表面近傍に配置したプラスチック製透過型拡散器を照射してもよい。後者の実施例では、光供給部１０ａ〜１０ｆは、アレイの個々のＬＥＤに相当する。
【００３９】
図６Ａ及び図６Ｂに示す本発明の別の実施例では、撮像装置２は、対象物３２の映像で対象物を照射することにより、対象物３２の明暗部の視覚コントラストを高めるビデオ・プロジェクター５０を備える。参照により本書にその内容が組み込まれる米国特許第５, ９６９, ７５４号「コントラスト向上照射器」に記載されているように、投影された対象物の可視光像の特徴と対応する対象物の特徴とが重なり合った時、対象物の特徴は観察者にとって視覚的に向上する。重ね合わせた可視光像は、対象物の暗部はそのままに保持しながら、明部を更に明るくさせる。
【００４０】
図６Ａ及び図６Ｂに示す本発明の実施例では、（光線５２で示す）拡散赤外線を前記と同様の方法で対象物３２に供給する。しかしながら、図６Ａ及び図６Ｂに示す実施例では、光誘導部２２の出口２３が図１〜３に示す出口に対して９０度回転するように照射光の光路が折れ曲っている。
【００４１】
図６Ｂに示すように、ホットミラー５４などのビーム・セパレーターが、光拡散構造体１４の内部からの赤外線５２を受光し、その赤外線５２を光誘導部２２の中及び対象物３２へ向けて反射する。またホットミラー５４は、対象物３２からの（光線５６で示す）赤外線を受光し、カメラ３８に向けて反射する。ホットミラー５４は、（光線５８で示す）可視光像をプロジェクター５０から受光し、光誘導部２２の中及び対象物３２へ伝達する。
【００４２】
米国特許第５, ９６９, ７５４号に詳述されているように、ビデオカメラ３８からのビデオ出力信号は、ビデオ入力信号としてプロジェクター５０に供給される。ビデオ入力信号に基づき、プロジェクター５０は、対象物３２の可視光像５８をホットミラー５４へ向けて投影する。ホットミラー５４は可視光像５８を受像し、それを光誘導部２２の中及び対象物３２の方へ伝達する。プロジェクター５０から投影された可視光像５８とカメラ３８により検知された対象物３２の赤外像５６とを適切に位置合わせすることにより、投影された可視光像５８の特徴と対応する対象物３２の特徴とを重ね合わせる。
【００４３】
対象物３２が身体組織であり、本発明が身体組織の中の皮下血管の検出に使用される場合、血管は投影された可視光像５８において暗線として視認される。従って、可視光像５８を身体組織上に投影すると、皮下血管は投影された可視光像５８の暗線の直下に存在することになる。このように、本発明によれば、患者の不快感を極力抑えながら、医療従事者の皮下血管検出能力を著しく向上させる。
【００４４】
図７Ａ及び図７Ｂは、コントラスト向上照射装置として使用された、本発明の更に別の実施例を示す。図７Ａ乃至図７Ｂの実施例は、図６Ａ乃至図６Ｂの実施例と同様な方法で作動する。しかしながら、図７Ａ乃至図７Ｂの実施例では、カメラ３８は光拡散構造体１４の外側に配置される。異なるカメラ３８の位置に対応するため、図７Ａ乃至図７Ｂに示すホットミラー５４は、図６Ａ乃至図６Ｂの位置に対して９０度時計方向に回転した位置にある。その他の点では、ホットミラー５４は、図６Ａ乃至図６Ｂについて上記に説明した機能と同様の機能を果たす。また異なるカメラ位置に対応するため、赤外線透過フィルター４２は光誘導部２２の壁に取り付けられる。本実施例では、反射パネル６０が設けられ、光源１２からの光を、光誘導部２２の中及び出口２３へ向けて更に誘導する。パネル６０は、光が、対象物３２とカメラ３８との間及び対象物３２と投影装置５０との間を通過できるようにした開口部を有する、平坦な反射性シートであることが好ましい。
【００４５】
上記説明及び添付図面から、本発明の実施例の改良及び／又は変更が可能であることは予期され、また当業者にとってもそれは明らかであろう。例えば、外側包囲体の部分１６ａ及び１６ｂは、角錐形ではなく円錐形であってもよい。更に、内側反射体の部分２４ａは円筒形でもよく、部分２４ｂは円錐形であってもよい。あるいは、部分１６ａ−ｂ及び２４ｂは角錐形で、台形状の面を５つ以上有してもよい。このように、本発明は、反射体２４、１６の特定の形状になんら制限されるものではない。従って、前記説明及び添付図面は好適な実施例の説明に過ぎず、これに限定されるものではなく、本発明の要旨及び範囲は添付の請求項の範囲により判断されべきであることが明らかに意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の好適な実施例による、赤外線照射下で対象物を観察するための撮像装置を示す図（実施例１）
【図２Ａ】 本発明の好適な実施例による、内側反射体の斜視図（実施例１）
【図２Ｂ】 本発明の好適な実施例による、拡散赤外線を使用する撮像装置の斜視図（実施例１）
【図３】 本発明の好適な実施例による、撮像装置の断面図（実施例１）
【図４】 本発明の好適な実施例による、撮像装置の断面図（実施例１）
【図５】 本発明の好適な実施例による、撮像装置の機能ブロック図（実施例１）
【図６Ａ】 本発明の別の実施例による、拡散赤外線を使用する撮像装置の斜視図（実施例２）
【図６Ｂ】 図６Ａの撮像装置の断面図（実施例２）
【図７Ａ】 本発明の更に別の実施例による、拡散赤外線を使用する撮像装置の斜視図である。（実施例３）
【図７Ｂ】 図７Ａの撮像装置の断面図（実施例３）
【符号の説明】
２ 撮像装置
１０ａ〜１０ｆ 拡散赤外線を供給する手段としての赤外線供給部
１２ 照射源としての赤外線光源
１４ 赤外線を拡散する手段としての光拡散構造体
１６ 長形外側包囲体
１６ａ 第１略角錐部分としての第１部分
１６ｂ 第２略角錐部分としての第２部分
２２ 外側筒部としての中空光誘導部
２４ 長形内側包囲体としての内側反射体
２４ａ 内側筒部としての筒部
３２ 身体組織としての対象物
３６、４２ フィルター手段としての赤外線透過フィルター
３８ ビデオ撮像手段としてのビデオ撮像機（ビデオカメラ）
５０ ビデオ・プロジェクター
５４ ビーム・セパレーターとしてのホットミラー
【０００１】
医療処置・治療においては、医療従事者が患者の腕部やその他の器官にある血管を検出する必要が生じる場合がある。この作業は、特に多量に蓄積した皮下脂肪の下に血管が存在する時には困難となる。従来の撮像装置では、そのような血管の検出を支援するための性能が欠けている。
【０００２】
そこで、皮下血管とその周囲組織の視覚コントラストを高める装置が求められている。
前記及びその他の要求を満たすために、請求項１の発明は、身体組織の表面下にある皮下血管の視認性を向上させるための撮像装置であって、ある範囲の複数の異なる照射方向から赤外線を前記身体組織に照射するための照射源と、前記身体組織から反射された赤外線を受光し、この反射光に基づいて前記皮下血管の映像を提供するように作動する撮像器と、前記皮下血管の可視光像を前記身体組織の表面に投影するビデオ・プロジェクターとを備えたことを特徴とし、さらに請求項２の発明は、身体組織の表面下にある皮下血管の視認性を向上させるべく拡散赤外線の照射の下で前記身体組織を観察するための撮像装置であって、ある範囲の複数の異なる照射方向から拡散赤外線を前記身体組織に照射して前記皮下血管に拡散赤外線を供給する照射源と、前記身体組織から反射された拡散赤外線を受光して、前記皮下血管の映像を生成するための撮像器と、前記皮下血管の可視光像を前記身体組織の表面に投影するためのビデオ・プロジェクターとを備えたことを特徴としている。
【０００３】
本書記載の本発明を使用すれば、皮下血管がビデオ映像として容易に視認でき、そこでは明るい周囲肉部を背景に皮下血管が暗線として観察される。
【０００４】
本発明の好ましい実施例では、照射装置は赤外線を生成する赤外線光源と赤外線を拡散する光拡散構造体とを備える。この拡散構造体は、赤外線光源からの赤外線を受光する入射口と複数の内部反射表面とを有する。反射表面は、赤外線を複数回、複数方向に反射することにより、拡散赤外線を生成する。また拡散構造体は、複数の反射表面から反射した拡散赤外線を受光し、この拡散赤外線を身体組織に向けて放射する射出口を有する。また上記装置は、身体組織から反射された拡散赤外線を受光し、この反射赤外線に基づいて身体組織のビデオ映像を生成するビデオ撮像装置を備える。
【０００５】
いくつかの好適な実施例では、拡散構造体は、反射性内表面を有する長形外側包囲体及び該外側包囲体内に配設された長形内側包囲体を備える。内側包囲体は外側包囲体の内表面に対向する反射性外表面を有する。
【０００６】
本発明の他の好適な実施例では、対象物を直接観察する者が感知する、対象物の明暗部間の視覚コントラストを高める照射装置が提供される。該装置は、赤外線を生成する赤外線光源と赤外線を拡散する構造体とを備える。該拡散構造体は赤外線光源からの赤外線を受光する入射口と、赤外線を複数回、複数方向に反射することにより拡散赤外線を生成する複数の反射表面とを有する。また該拡散構造体は、反射表面から反射された拡散赤外線を受光し、拡散赤外線を対象物へ放射する射出口を有する。また該装置は、対象物から反射された拡散赤外線を映像として測定し、この映像を表すビデオ出力信号を生成するビデオ撮像装置を備える。ビデオ・プロジェクターは、ビデオ撮像装置からビデオ出力信号を受信し、対象物にビデオ・プロジェクター可視光を投影することにより、ビデオ撮像装置により受像された視覚映像を表す視覚映像を形成する。ビデオ・プロジェクターにより投影された視覚映像は、ビデオ撮像装置が対象物を観察したのと同一視点から対象物に照射される。従って、投影された視覚映像の特徴と対応する対象物の特徴とが重なり合うことになる。上記装置は、拡散赤外線とビデオ・プロジェクター可視光を識別するためのフィルターを備える。このフィルターは、対象物から反射された拡散赤外線をビデオ撮像装置に到達させる一方で、ビデオ・プロジェクター可視光がビデオ撮像装置に到達することを阻止する。このように、フィルターは所望の視覚効果を低下させるポジティブ・フィードバックを排除する。
【０００７】
本発明のその他の利点は、以下の好適な実施例の詳細な説明及び縮尺が一定ではない添付図面から明らかとなろう。下記の図面においては、同様又は類似の構成要素には同じ符号を付してある。
【０００８】
図１は、本発明の好適な実施例による、赤外線照射下で対象物を観察するための撮像装置を示す。
【０００９】
図２Ａ及び図２Ｂは、本発明の好適な実施例による、拡散赤外線を使用する撮像装置の斜視図である。
【００１０】
図３及び図４は、本発明の好適な実施例による、撮像装置の断面図である。
【００１１】
図５は、本発明の好適な実施例による、撮像装置の機能ブロック図である。
【００１２】
図６Ａは、本発明の別の実施例による、拡散赤外線を使用する撮像装置の斜視図である。
【００１３】
図６Ｂは、図６Ａの撮像装置の断面図である。
【００１４】
図７Ａは、本発明の更に別の実施例による、拡散赤外線を使用する撮像装置の斜視図である。
【００１５】
図７Ｂは、図７Ａの撮像装置の断面図である。
【００１６】
皮膚及びその他の身体組織は約７００〜９００ｎｍの近赤外領域の赤外線を反射するが、血液はこの領域の光を吸収する。従って、赤外線照射下で撮影した身体組織のビデオ映像では、血管は周囲肉部の明るい背景の中に暗線として観察される。しかしながら、皮下脂肪の反射性のため、多量の脂肪蓄積下に存在する血管に、直接光すなわち略単一方向から到達する光を照射しても、その視認が困難あるいは不可能となる場合がある。
【００１７】
本発明者らは、多量の皮下脂肪が蓄積した身体組織部分を高拡散赤外線照射下に近赤外領域で撮像した領域は、赤外線の直接照射下で組織を観察した場合に比べて、血管とその周囲肉部のコントラストが極めて高くなることを見い出した。本発明の作用は特定の理論になんら限定されるものではないが、皮下脂肪により反射された拡散赤外線の大部分が、観察方向以外の方向に反射するためと思われる。従って、高拡散赤外線を組織に照射すると、血管とその周囲肉部との間の所望の視覚コントラストが維持される。
【００１８】
図１は、身体組織などの対象物３２に高拡散赤外線を照射し、対象物３２から反射された赤外線に基づいて対象物３２のビデオ映像を生成する撮像装置２を示す。ここに詳述するように、対象物３２が身体組織である場合は、組織内の皮下脂肪下に存在する血管が、装置２により生成されたビデオ映像で明瞭に観察されるであろう。
【００１９】
撮像装置２は、複数の異なる照射方向から赤外線を対象物３２に照射する照射装置１０を備える。装置１０は複数の赤外線供給部１０ａ〜１０ｆを備え、それぞれ異なる照射方向から対象物３２に赤外線を供給する。各光供給部１０ａ〜１０ｆからの赤外線の到達方向は、図１の光線４ａ〜４ｆにより示される。図１に示すように、赤外線の到達方向は、対象物３２表面に直交又はほぼ直交する方向から、対象物３２表面に平行又はほぼ平行な方向にまで及ぶ。このように、赤外線が広範囲の照射方向から対象物３２に到達するので、赤外線照射は高拡散となっている。
【００２０】
以下に更に詳細に説明するように、光供給部１０ａ〜１０ｆは単一光源からの光を対象物３２へ向ける光反射性表面であることが好ましい。他の実施例では、光供給部１０ａ〜１０ｆは、個々の光源、又は光源と反射体の組み合わせである。
【００２１】
また該撮像装置２は、ビデオカメラなどの、対象物３２を観察するための撮像機３８を備える。この撮像機３８は、図１の矢印６で示される観察方向から対象物３２を観察する。撮像機３８は、対象物３２から反射された拡散赤外線を受光し、この反射赤外線に基づいて対象物３２の電子ビデオ映像を生成する。
【００２２】
図２Ａ及び図２Ｂは、照射装置１０の好適な実施例を示す。図３は、図２Ａ乃至図２Ｂに示すＡ−Ａ断面に対応する装置１０の断面図を示す。装置１０は、好ましくは光拡散構造体１４の一端へ光を放射する光源１２を備える。光拡散構造体１４は、反射性内表面を有する長形外側包囲体１６を備える。この長形外側包囲体１６の内表面は白色であることが好ましい。あるいは、これらの反射性表面は鏡面、又は白色表面と鏡面の組み合わせである。光拡散構造体１４の光源１２とは反対側の端部には、中空光誘導部２２が設けられる。以下に更に詳細に説明するように、光誘導部２２は拡散光の射出口として機能する。
長形外側包囲体１６は第１及び第２部分１６ａ、１６ｂを備え、それぞれ大端部と小端部を有する。第１及び第２部分１６ａ、１６ｂは、それぞれ４つの台形側面を有する実質的に角錐の形状であることが好ましい。好適な実施例では、部分１６ａ、１６ｂの各端部が正方形の開口部分を形成するように、部分１６ａ、１６ｂの４つの台形面は同一形状を有する。図２Ｂ乃至図３に示すように、第１及び第２部分１６ａ、１６ｂの大端部は相互に接合して包囲体１６を形成する。
【００２３】
第１部分１６ａの小端部では、部分１６ａの４つの台形面の四短辺により入射口１８が形成される。光源１２は、好ましくは入射口１８で第１部分１６ａの小端部に装着される。従って、光源１２で生成された光は入射口１８から長形包囲体１６の中へ入射し、包囲体１６の内部表面を照射する。
【００２４】
第２部分１６ｂの小端部では、部分１６ｂの４つの台形面の四短辺により射出口２０が形成される。射出口２０に中空光誘導部２２の一端が装着される。光誘導部２２は、包囲体１６の内表面と同様に白色の反射性内表面を有することが好ましい。
【００２５】
装置１０は、更に外部包囲体１６内に、好ましくは同軸状に配置された長形内側反射体２４を備える。わかりやすいように、図２Ａでは内側反射体２４を外側包囲体１６から取り外してある。好適な実施例では、内側反射体２４は、角錐部分２４ｂの正方形底面に接合した正四角柱部分２４ａから形成される。角錐部分２４ｂの４つの側面は、先細りして頂点を形成することが好ましい。図３に示すように、角錐部分２４ｂの頂点は、外側包囲体１６の入射口１８に近接して配置される。内側反射体２４は、外側包囲体１６の内表面と同様の反射性白色外表面を有する。
【００２６】
構造体１４の光拡散特性は、図３を参照することで最も良く理解される。光源１２内には、クオーツハロゲン電球などのランプ２６とギルウェイ社製部品番号Ｌ５１７Ａ−Ｇの金メッキ反射体が配設される。通電時に、ランプ２６は白色光を電磁放射する。
【００２７】
ここでは説明のために、ランプ２６を点源とみなし、例示的な光線２８、３０で示すように複数方向に光を放射するものとする。図３に示すように、光線２８は外側包囲体１６の部分１６ｂの内表面で反射する。その後、光線２８は射出口２０を通過して光誘導部２２に入射し、光誘導部２２の内表面で複数回反射した後出口２３から放射される。光線２８と異なる角度で光源１２から放射された光線３０は、内側反射体２４により反射される。その後、光線３０は外側包囲体１６の部分１６ｂの内表面で反射して射出口２０を通過し、光誘導部２２に入射する。光誘導部２２の内表面で複数回反射した後、光線３０も出口２３から放射されるが、その角度は光線２８の角度とは異なる。
【００２８】
対象物３２を出口２３近辺に配置すると、光線２８と光線３０は異なる角度で対象物３２に到達する。光源１２からの放射光は、内側反射体２４と外側包囲体１６の内表面に衝突し無数の角度で反射される無数の光線として表されることが理解されよう。従って、出口２３から放射された光は、多数の異なる角度で対象物３２に到達する高拡散光となる。これらの到達角度は、出口２３の面に対してほぼ直交からほぼ平行までの範囲に及ぶ。拡散構造体１４は三次元の立体であるため、図３に示す表面に直行する表面などの、外側包囲体１６と内側反射体２４の他の表面からも光が反射されることが理解されよう。従って、照射装置１０の出口２３から放射される光は高拡散光となり、多数の異なる光源から生成されたように見える。
【００２９】
外側包囲体１６の反射性内表面と内側反射体２４の反射性外表面の構成により、拡散構造体１４はランプ２６から放射された光を出口２３へ効率的に伝達する。従って、ランプ２６から供給された光の大部分は対象物３２に到達し、光エネルギーはほとんど浪費されない。
【００３０】
以下に更に詳細に説明するように、照射装置１０は、医療分野の映像化のための拡散光の供給に用いることができる。しかしながら、本発明の範囲は、医療的使用に限定されないことが理解されよう。装置１０は、一般的な写真撮影のための拡散光源として使用することも可能である。
【００３１】
本発明の好適な実施例では、図３に示すように光源１２は、ランプ２６と外側包囲体１６の入射口１８との間に配置されたコールドミラー３４を備える。コールドミラー３４は、選別赤外波長領域外の波長を持つほぼすべての光を反射する。選別領域は、好ましくは約７００〜１０００ｎｍの波長を含む。コールドミラー３４に極近接して、コールドミラー３４と入射口１８との間には、赤外線透過フィルター３６が配設され、このフィルター３６が選別赤外領域内の波長を持つ光を透過し、かつ選別赤外領域外の波長を持つ光を更に減衰させる。従って、コールドミラー３４とフィルター３６とを通過し外側包囲体１６の中へ入射した光は、上記選別赤外領域内の波長を持つ赤外線となる。
【００３２】
他の方法により、光源１２が赤外線を生成するよう構成できることは理解されるはずである。例えば、光源１２を赤外発光ダイオード（ＬＥＤ）又は赤外ＬＥＤのアレイから形成してもよい。従って、図３に示された光源１２の上記構成は好適な一実施例であって、本発明は光源１２の特定の構成になんら制限されない。
【００３３】
図４は、照射装置１０の好適な寸法を示す。図４に示すように、光拡散構造体１４の全長は約３４. ８２インチである。第１及び第２部分１６ａ、１６ｂの接合部での外側包囲体１６の高さと幅は、約１０. ０４インチである。光誘導部２２の長さは好ましくは約１４. ００インチであり、その高さと幅は約５. ０８インチである。内側反射体２４の全長は、好ましくは約１５. ８６インチである。内側反射体２４の筒部２４ａの長さは、好ましくは約７. ９３インチである。筒部２４ａの高さと幅は約３. ５インチである。光源１２の高さと幅は約２. １１インチである。
【００３４】
図４に示すように、本発明の好適な実施例では、ビデオ撮像機３８と併用されるレンズ４０を備え、対象物３２から反射された拡散光に基づいて対象物３２のビデオ映像を生成する。本実施例の撮像機３８としては、コーフ社製の型番６３１５２００１００００の充電接続装置（ＣＣＤ）付きビデオカメラが好ましい。好適な実施例のレンズ４０は、アンジェニュー社製の２５ｍｍｆ−０. ９５映画カメラ用レンズである。
【００３５】
好適な実施例のカメラ３８とレンズ４０は、内側反射体２４の筒部２４ａ内に配設される。図４に示すように、筒部２４ａの開口端は、カメラ３８とレンズ４０が対向する開口部を形成する。このように、中空光誘導部２２はカメラ３８の視野内でほぼ中心に位置することになる。従って、カメラ３８は、対象物３２に反射して光誘導部２２に入射し、包囲体１６を通過して角柱部２４ａの開口端から入射する光を受光する。
【００３６】
図４に示すように、本発明の好適な実施例では、筒部２４ａの開口端に配置された赤外線透過フィルター４２を備える。このフィルター４２は対象物３２から反射された光、及び包囲体１６に入射する他のあらゆる光を受光し、約７００〜１０００ｎｍの赤外領域外の波長を持つ光を実質的にすべて排除する。好適な実施例では、フィルター４２は約８００〜８５０ｎｍの選別赤外領域外の波長を持つ光を実質的に排除する。従って、フィルター４２を通過しレンズ４０に入射する光は、上記選別波長領域内の赤外線である。これにより、カメラ３８は、照射装置１０内で発生し対象物３２で反射した赤外線を主に受光する。
【００３７】
カメラ３８は、対象物３２から反射された光に基づき、対象物３２のビデオ映像をビデオ電気信号の形で生成する。図５に示すように、ビデオ信号は、好ましくはデジ・ビジョン社製、型番ＩＣＥ−３０００のボードなどの映像画質向上ボード４４へ供給される。ボード４４はカメラ３８からのビデオ信号に基き、向上したビデオ映像信号を生成する。向上したビデオ映像信号は、ミロ社製の２０−ＴＤＬｉｖｅ型カードなどのビデオ取込・表示カード４６へ供給される。カード４６は、映像信号から静止映像を取込み、デジタル記憶装置にデジタル形式で保存することができる。またカード４６は、ビデオモニター４８にリアルタイム表示するために、ビデオ映像信号をフォーマットする。
【００３８】
照射装置１０は、本発明による拡散赤外線を発生する他の手段を用いてもよいことは理解されるはずである。具体的には、図１の光供給部１０ａ〜１０ｆとして、例えばリングストロボを使用することができる。あるいは、ＬＥＤの円形アレイで、対象物３２の表面近傍に配置したプラスチック製透過型拡散器を照射してもよい。後者の実施例では、光供給部１０ａ〜１０ｆは、アレイの個々のＬＥＤに相当する。
【００３９】
図６Ａ及び図６Ｂに示す本発明の別の実施例では、撮像装置２は、対象物３２の映像で対象物を照射することにより、対象物３２の明暗部の視覚コントラストを高めるビデオ・プロジェクター５０を備える。参照により本書にその内容が組み込まれる米国特許第５, ９６９, ７５４号「コントラスト向上照射器」に記載されているように、投影された対象物の可視光像の特徴と対応する対象物の特徴とが重なり合った時、対象物の特徴は観察者にとって視覚的に向上する。重ね合わせた可視光像は、対象物の暗部はそのままに保持しながら、明部を更に明るくさせる。
【００４０】
図６Ａ及び図６Ｂに示す本発明の実施例では、（光線５２で示す）拡散赤外線を前記と同様の方法で対象物３２に供給する。しかしながら、図６Ａ及び図６Ｂに示す実施例では、光誘導部２２の出口２３が図１〜３に示す出口に対して９０度回転するように照射光の光路が折れ曲っている。
【００４１】
図６Ｂに示すように、ホットミラー５４などのビーム・セパレーターが、光拡散構造体１４の内部からの赤外線５２を受光し、その赤外線５２を光誘導部２２の中及び対象物３２へ向けて反射する。またホットミラー５４は、対象物３２からの（光線５６で示す）赤外線を受光し、カメラ３８に向けて反射する。ホットミラー５４は、（光線５８で示す）可視光像をプロジェクター５０から受光し、光誘導部２２の中及び対象物３２へ伝達する。
【００４２】
米国特許第５, ９６９, ７５４号に詳述されているように、ビデオカメラ３８からのビデオ出力信号は、ビデオ入力信号としてプロジェクター５０に供給される。ビデオ入力信号に基づき、プロジェクター５０は、対象物３２の可視光像５８をホットミラー５４へ向けて投影する。ホットミラー５４は可視光像５８を受像し、それを光誘導部２２の中及び対象物３２の方へ伝達する。プロジェクター５０から投影された可視光像５８とカメラ３８により検知された対象物３２の赤外像５６とを適切に位置合わせすることにより、投影された可視光像５８の特徴と対応する対象物３２の特徴とを重ね合わせる。
【００４３】
対象物３２が身体組織であり、本発明が身体組織の中の皮下血管の検出に使用される場合、血管は投影された可視光像５８において暗線として視認される。従って、可視光像５８を身体組織上に投影すると、皮下血管は投影された可視光像５８の暗線の直下に存在することになる。このように、本発明によれば、患者の不快感を極力抑えながら、医療従事者の皮下血管検出能力を著しく向上させる。
【００４４】
図７Ａ及び図７Ｂは、コントラスト向上照射装置として使用された、本発明の更に別の実施例を示す。図７Ａ乃至図７Ｂの実施例は、図６Ａ乃至図６Ｂの実施例と同様な方法で作動する。しかしながら、図７Ａ乃至図７Ｂの実施例では、カメラ３８は光拡散構造体１４の外側に配置される。異なるカメラ３８の位置に対応するため、図７Ａ乃至図７Ｂに示すホットミラー５４は、図６Ａ乃至図６Ｂの位置に対して９０度時計方向に回転した位置にある。その他の点では、ホットミラー５４は、図６Ａ乃至図６Ｂについて上記に説明した機能と同様の機能を果たす。また異なるカメラ位置に対応するため、赤外線透過フィルター４２は光誘導部２２の壁に取り付けられる。本実施例では、反射パネル６０が設けられ、光源１２からの光を、光誘導部２２の中及び出口２３へ向けて更に誘導する。パネル６０は、光が、対象物３２とカメラ３８との間及び対象物３２と投影装置５０との間を通過できるようにした開口部を有する、平坦な反射性シートであることが好ましい。
【００４５】
上記説明及び添付図面から、本発明の実施例の改良及び／又は変更が可能であることは予期され、また当業者にとってもそれは明らかであろう。例えば、外側包囲体の部分１６ａ及び１６ｂは、角錐形ではなく円錐形であってもよい。更に、内側反射体の部分２４ａは円筒形でもよく、部分２４ｂは円錐形であってもよい。あるいは、部分１６ａ−ｂ及び２４ｂは角錐形で、台形状の面を５つ以上有してもよい。このように、本発明は、反射体２４、１６の特定の形状になんら制限されるものではない。従って、前記説明及び添付図面は好適な実施例の説明に過ぎず、これに限定されるものではなく、本発明の要旨及び範囲は添付の請求項の範囲により判断されべきであることが明らかに意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の好適な実施例による、赤外線照射下で対象物を観察するための撮像装置を示す図（実施例１）
【図２Ａ】 本発明の好適な実施例による、内側反射体の斜視図（実施例１）
【図２Ｂ】 本発明の好適な実施例による、拡散赤外線を使用する撮像装置の斜視図（実施例１）
【図３】 本発明の好適な実施例による、撮像装置の断面図（実施例１）
【図４】 本発明の好適な実施例による、撮像装置の断面図（実施例１）
【図５】 本発明の好適な実施例による、撮像装置の機能ブロック図（実施例１）
【図６Ａ】 本発明の別の実施例による、拡散赤外線を使用する撮像装置の斜視図（実施例２）
【図６Ｂ】 図６Ａの撮像装置の断面図（実施例２）
【図７Ａ】 本発明の更に別の実施例による、拡散赤外線を使用する撮像装置の斜視図である。（実施例３）
【図７Ｂ】 図７Ａの撮像装置の断面図（実施例３）
【符号の説明】
２ 撮像装置
１０ａ〜１０ｆ 拡散赤外線を供給する手段としての赤外線供給部
１２ 照射源としての赤外線光源
１４ 赤外線を拡散する手段としての光拡散構造体
１６ 長形外側包囲体
１６ａ 第１略角錐部分としての第１部分
１６ｂ 第２略角錐部分としての第２部分
２２ 外側筒部としての中空光誘導部
２４ 長形内側包囲体としての内側反射体
２４ａ 内側筒部としての筒部
３２ 身体組織としての対象物
３６、４２ フィルター手段としての赤外線透過フィルター
３８ ビデオ撮像手段としてのビデオ撮像機（ビデオカメラ）
５０ ビデオ・プロジェクター
５４ ビーム・セパレーターとしてのホットミラー
Claims (2)
- 身体組織の表面下にある皮下血管の視認性を向上させるための撮像装置であって、
ある範囲の複数の異なる照射方向から赤外線を前記身体組織に照射するための照射源と、
前記身体組織から反射された赤外線を受光し、この反射光に基づいて前記皮下血管の映像を提供するように作動する撮像器と、
前記皮下血管の可視光像を前記身体組織の表面に投影するビデオ・プロジェクターとを備えたことを特徴とする撮像装置。 - 身体組織の表面下にある皮下血管の視認性を向上させるべく拡散赤外線の照射の下で前記身体組織を観察するための撮像装置であって、
ある範囲の複数の異なる照射方向から拡散赤外線を前記身体組織に照射して前記皮下血管に拡散赤外線を供給する照射源と、
前記身体組織から反射された拡散赤外線を受光して、前記皮下血管の映像を生成するための撮像器と、
前記皮下血管の可視光像を前記身体組織の表面に投影するためのビデオ・プロジェクターとを備えたことを特徴とする撮像装置。
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