JP3021628B2 - 血流測定装置 - Google Patents

血流測定装置

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JP3021628B2
JP3021628B2 JP2320641A JP32064190A JP3021628B2 JP 3021628 B2 JP3021628 B2 JP 3021628B2 JP 2320641 A JP2320641 A JP 2320641A JP 32064190 A JP32064190 A JP 32064190A JP 3021628 B2 JP3021628 B2 JP 3021628B2
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    • A61B5/026—Measuring blood flow
    • A61B5/0261—Measuring blood flow using optical means, e.g. infrared light

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は血流測定装置、特に生体の血流情報を無侵襲
に測定する装置に関するものである。
［従来の技術］ 従来よりレーザー照射を用いて無侵襲で生体の血流に
関する情報を測定する装置が知られている。一般に、レ
ーザーを生体に向けて照射すると、血球によって散乱さ
れた光が干渉し合って、スペックルパターンが現れ、こ
の血球の移動に伴なってスペックルパターンが変化する
ので、たとえば、ある一点で反射光の強度変化を測定す
れば、血球速度に対応したスペックル信号が得られる。
この種の装置では、このスペックル信号の変動から血流
情報を得ている。
［発明が解決しようとする課題］ また、測定の方式としては、光ファイバープローブな
どを用いて、任意の測定点での反射光強度の時間的変化
を検出し、血流情報が得る方式が知られている。しか
し、この方式は、あくまでも一点での情報を得ることを
目的とし、ある面積にわたって血流分布を観測するもの
ではない。
また、レーザー光を２次元にわたって走査し、血流分
布を測定する方式もある。この方式では、特開昭63−21
4238のようにレーザースポットを円筒レンズで線状に拡
げたものを、ミラーによって平面にわたり走査し、イメ
ージセンサーによって反射散乱光を検出するか、また
は、特開昭64−37931のように光偏向素子を用いて、照
射スポットを一定の周期で反復移動させながら、同一点
からの一定の時間間隔をおいて得られた２つの光信号の
差から情報を得る。
このように従来の測定法である連続走査法では、照射
光を数回往復させて測定するため、測定終了までに被検
体が動かないことが条件となっている。すなわち、測定
領域内の全ての測定点において、走査周期ごとのデータ
が比較、演算されるので、もし、測定時間中に被検体が
動けば、測定点がずれ、その影響は全ての測定データに
及び、即座にそのデータの信頼性を失う。
また、上記の２次元走査は、空間的に連続な測定であ
るが、任意の一点についてみれば、時間的には不連続で
ある。そのため、得られるスペックル信号の周波数は、
走査周波数に依存する。例えば眼底の血流に見られるよ
うに、流速の速い部位では、そのスペックル信号は高い
周波数帯にあり、従来の方法では、走査周波数を、より
高くしなければならないなどの装置の煩雑さが伴なう。
本発明の課題は、以上の問題を解決し、眼底などに見
られるような速い血流速度から生じる高周波数帯でのス
ペックル信号にも対応でき、なおかつ、空間的２次元平
面での血流分布を測定し、また、測定結果を把握しやす
い形で出力する方式を提供することにある。
［課題を解決するための手段］ 以上の課題を解決するために、本発明においては、可
干渉光を、被測定生体の所定の２次元平面中で空間的に
走査と一時停止をくりかえして不連続に走査する走査手
段と、 前記可干渉光の不連続的に位置する各一時停止点にお
いて走査時に発生する不要な信号を除去して散乱光強度
に関する時系列データを測定する測定手段を有し、 前記測定手段から得られた散乱光強度に関する時系列
データに基づき生体の血液に関する情報を測定する構
成、 あるいはさらに、 前記走査手段の可干渉光による２次元の空間的に不連続
な走査に伴う前記測定手段による測定において得られた
前記各一時停止点での散乱光強度に関する測定情報を２
次元表示する手段を設けた構成、 あるいはさらに、前記走査手段の可干渉光による２次
元の走査領域を撮像する撮像手段と、 前記走査手段の可干渉光による２次元の空間的に不連
続な走査に伴う前記測定手段による測定において得られ
た前記各一時停止点での散乱光強度に関する測定情報
を、前記撮像手段により得られた映像情報に重畳して表
示する表示手段を有し、 前記撮像手段により得られた映像情報に基づき、前記
散乱光強度に関する測定情報の前記重畳表示の位置を補
正する構成を採用した。
［作 用］ 以上の構成によれば、２次元平面内で走査と一時停止
を繰り返す不連続なレーザ光走査を行なうことにより、
各一時停止点における測定可能な周波数帯域が走査周波
数に依存しなくなるので、より高周波数帯での測定が行
なえる。
上記の不連続走査を行うことで、測定する各点は、各
走査の始まる前に測定を終了するため、測定対象は、全
測定時間内完全に止まっている必要はなく、少なくとも
一時停止の間だけ静止していれば良い、しかも、万が一
その測定時間内に、対象が動いたとしても、その影響
は、たかだか、１点か２点に及ぶだけで、その他の点、
特にそれまでに走査を終えている点については、その測
定データへの影響は全くない。
しかしながら、測定対象の移動後に測定した点と、移
動前に測定した点との間には、本来測定を行う２次元面
とは異なったゆがんだ分布が得られる。そこで、そのゆ
がみを補正する目的で、全走査の周期に同期して、可視
画像を画像メモリーに逐次取り込む。これにより、測定
後、この画像を用いて測定点のずれを補正し、本来の２
次元分布を捉えることができる。
このようにして、得られた測定情報を２次元的に表示
でき、また、測定された血流情報と、測定領域の映像を
重畳させ、表示出力することができる。
なおかつ、各測定点は、互いに独立な測定であるの
で、測定部位の動きに寄らず、各測定点での正確な測定
値を求めることができる。
［実施例］ 以下、図面に示す実施例に基づき、本発明を詳細に説
明する。
第１図は、本発明を採用した血流測定装置の測定光学
系の概略構成を示している。ここでは、後述のCCDカメ
ラによる撮像系の構造は省略されている。
図において符号１はレーザー光源で、レーザー光源１
によるスポット光は、穴あきミラー２の中央の穴を通過
して、直交２軸のガルバノメータスキャナ３、４に反射
され、生体５に照射される。それぞれＹおよびＸ軸方向
のガルバノスキャナー３、４は専用のアナログドライバ
によって、軸方向にそれぞれ制御される。
一方、照射部位近傍の反射散乱光は、ガルバノスキャ
ナー３、４、さらに穴あきミラー２の周辺部位で反射さ
れ、受光部６に入射される。
以上の光学系と、測定、制御系および撮像系を含む全
体の構造を第２図に示す。
第２図において符号８は受光部６の出力を増幅する増
幅器で、増幅器８の出力はA/D変換器９によりデジタル
化され、パーソナルコンピュータなどを用いてなる制御
装置10のメモリ11に記憶される。
制御装置10は装置全体の制御系として用いられる。制
御装置10は、走査位置発生器12を介してガルバノスキャ
ナー３、４の角度を制御し、測定点の制御を行なう。
第３図に示すように、走査位置発生器12には、ミラー
制御信号、１セットの走査を開始させるトリガ信号とし
てのEN−IN信号が制御装置10から入力され、ガルバノス
キャナー３、４の移動に同期したタイミングクロックと
して使用されるSYNC信号が制御装置10に対して出力され
る。
走査位置発生器12は、上記の各制御信号にしたがっ
て、ガルバノスキャナー３、４の制御を行い、所定の測
定点にレーザースポットを位置決めする。以下では、実
施例に従い、測定領域５上に16×16（＝256）の測定点
が形成されるものとする。
一方、第２図では、測定系中にダイクロイックミラー
21が挿入されており、このダイクロイックミラー21を介
してCCDカメラ13により測定領域５の測定面を撮影でき
るようにしてある。不図示の機構により、第１図の測定
光学系、ダイクロイックミラー21とCCDカメラ13は連動
して所定の位置関係を保ちながら測定領域５に対して位
置決めできるように構成される。
CCDカメラ13の撮影した画像は、画像メモリ14に取り
込まれる。画像メモリ14は、ビデオモニタ15の表示画像
データを記憶する。本実施例では、制御装置10の制御に
より、画像メモリ14を介して任意の画像を表示するとと
もに、CCDカメラ13からの画像データを重畳させて表示
できるようになっている。
次に以上の構成における動作につき説明する。
測定は、制御装置10の不図示のキーボード中の所定キ
ーを押下することにより開始させる。これにより、制御
装置10は、走査位置発生器12に対し、測定開始を知らせ
るEN−IN信号を出力し、ミラー走査を開始させる。ミラ
ー角度は、走査位置発生器12からミラー制御信号により
指定され、Ｘ軸、Ｙ軸それぞれに制御される。また、ミ
ラーの移動に同期したクロック信号を制御装置10に対し
て出力する。
このようにして、ガルバノミラー３（XY軸の設定によ
っては４）を制御して、Ｙ軸方向に照射点を順次移動さ
せ、各測定点毎に、それぞれ反射散乱光を受光部６で受
光し、その強度の時間変化をA/D変換器９を介してデジ
タル値としてメモリ11に記憶する。
１ラインについて走査が終ると、続いてＸ軸方向に移
動させるためのガルバノミラー４（XY軸の設定によって
は３）により、照射点を次の測定ライン上に移動させ
る。そこで同様の測定を行ない、これを順次繰り返す。
こうして、観測範囲においての有限個の測定点を得
る。測定例として、16×16、計256の測定点の反射散乱
光強度をとり込み、メモリ11に格納する。
第４図は、ガルバノスキャナー３ないし４の位置（角
度）と、SYNC信号の同期の様子を示している。実験の
際、用いたガルバノスキャナーでは、ミラーの移動開始
後、ミラーが測定可能な状態にまで静止するのに必要な
収束時間tSは約4msであり、その後のサンプリング期間t
W（2.6ms程度）において、受光部６の受光量のサンプリ
ングを行なう。
サンプリングは、A/D変換器９として、たとえば、パ
ーソナルコンピュータ用の12ビットA/D変換ボードを用
いて、サンプリング間隔５μｓ、１測定点でのサンプリ
ング数を512点に測定すると、この１回の測定に要する
時間は1.68sである。また測定可能な周波数は、この時
およそ400Hzから100KHzの範囲のものが観測できる。上
記構成によれば、各測定点において、高周波帯でのスペ
ックル信号が測定可能となり、また、一度の走査で測定
を終えることができる。
すなわち、ガルバノスキャナー３、４により２次元平
面内で走査と一時停止を繰り返す不連続なレーザ光走査
を行なうことにより、各一時停止の測定点における測定
可能な周波数帯域が走査周波数に依存しなくなるので、
各測定点において従来に比してより高周波数帯での測定
が可能となる。しかも、各部位での血流速度の違いに対
応できる。
測定終了後、各測定点で得られた受光強度情報を解析
し、血流に関する情報を得る。たとえば、各測定点毎に
周波数解析を行ない、結果として得られる血流速度分布
をビデオモニタ15の画面上に、ドットの濃淡（あるいは
色）によりマッピングし、表示することができる。２次
元平面での血流分布を容易に、しかも無侵襲で測定し、
また２次元的な表現により表示出力できる。
第５図（Ａ）、（Ｂ）に、受光部６の光量変動のAC成
分を時系列データに、また、その周波数解析の結果の例
を、周波数データに示す。この周波数データに基づき、
血流の速度情報を抽出することができる。
また他の実施例では、各測定点の信号を増幅後、アナ
ログの周波数フィルタを用いて、血流に対応した周波数
成分を抽出することによって、リアルタイムで測定点の
情報を得ることもできる。周波数フィルタおよびアナロ
グ演算回路は第２図の増幅器８内に設置することがで
き、A/D変換器９によって取り込まれたデータは直接解
析結果として、制御装置10内で処理できる。
上記のアナログ処理回路は、各走査時の不要な信号が
混入しないよう、かつ各一時停止時の信号のみが周波数
フィルタや演算回路で処理されるように、制御装置10か
らの走査位置信号によって制御される。
さらに、このマップ情報の表示に、画像メモリ14のメ
モリ制御を介して、CCDカメラ13による測定部位の実写
画面とを重ね合せて表示することができる。画像データ
の重畳は、制御装置10のCPUにより、画像メモリ14上で
ビデオモニタ15のビットマップの各ドットごとにOR、XO
Rなどをとる公知の方法により行なえる。
このように、レーザ走査により得た血流情報と、CCD
カメラ13により得た実写画面を重畳させ、表示出力する
ことにより、測定情報をより視覚的に分りやすく表示す
ることができる。
また、被検体上にマーカーをつけて実写画像を得てお
けば、被検体の動きをマーカーの動きとして、容易にと
らえることができ、不連続走査による測定データの位置
情報を補正すことができる。すなわち、測定中のある走
査時刻に被検体の動きが生じたとすると、その後の測定
点の位置情報を実写画像の動きによって判断し、補正す
ることができる。実写画像と測定データとの重畳も、補
正された位置情報をもとに、再構成できる。一方、一時
停止の測定時刻内に被検体の動きが生じた場合には、測
定データに対して、注意表示を付加して、表示すること
もできる。
また、上記実施例によれば、所望の測定部位の広さに
応じて、ガルバノスキャナー３、４の制御条件を変更す
ることにより、任意の走査範囲を得ることができる。本
実施例では、制御装置10としてパーソナルコンピュータ
を用いるので、プログラミングの変更、あるいはそのよ
うな制御条件の変更を行なえるようなプログラムを搭載
しておくことにより、簡単に任意の測定範囲を設定でき
る利点がある。
なお、画像メモリ14中のビデオモニタ15の表示画像デ
ータのハードコピーをとるためのプリンタなどを上記の
構成に追加してもよいのはいうまでもない。
［発明の効果］ 以上から明らかなように、本発明によれば、可干渉光
を、被測定生体の所定の２次元平面中で空間的に走査と
一時停止をくりかえして不連続に走査する走査手段と、 前記可干渉光の不連続的に位置する各一時停止点にお
いて走査時に発生する不要な信号を除去して散乱光強度
に関する時系列データを測定する測定手段を有し、 前記測定手段から得られた散乱光強度に関する時系列
データに基づき生体の血液に関する情報を測定する構
成、 あるいはさらに、 前記走査手段の可干渉光による２次元の空間的に不連
続な走査に伴う前記測定手段による測定において得られ
た前記各一時停止点での散乱光強度に関する測定情報を
２次元表示する手段を設けた構成、 あるいはさらに、前記走査手段の可干渉光による２次
元の走査領域を撮像する撮像手段と、 前記走査手段の可干渉光による２次元の空間的に不連
続な走査に伴う前記測定手段による測定において得られ
た前記各一時停止点での散乱光強度に関する測定情報
を、前記撮像手段により得られた映像情報に重畳して表
示する表示手段を有し、 前記撮像手段により得られた映像情報に基づき、前記
散乱光強度に関する測定情報の前記重畳表示の位置を補
正する構成を採用しているので、２次元平面内で不連続
なレーザ光走査を行なうことにより、各一時停止点にお
ける測定可能な周波数帯域が走査周波数に依存しなくな
るので、より高周波数帯での測定を行なえ、走査中の被
検体の動きによる測定点の位置ずれを補正でき、しか
も、測定領域中の各部位での血流速度の違いに対応でき
る。さらに、得られた測定情報を２次元的に表示し、さ
らに、測定された血流情報と、測定領域の映像を重畳さ
せ、表示出力することによって、測定情報をより視覚的
に分りやすく表示することができるなど優れた効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明を採用した血流測定装置の測定光学系の
構成を示した説明図、第２図は第１図の血流測定装置の
測定光学系、制御系および撮像系の構成を示したブロッ
ク図、第３図は第２図の走査位置発生器構成および動作
を示した説明図、第４図は走査位置発生器によるミラー
位置（角度）制御と制御装置に出力するクロック信号と
の同期の様子を示したタイミングチャート図、第５図
（Ａ）、（Ｂ）は測定例としての、時系列データ、その
周波数解析の周波数データの線図である。 １……レーザー光源、２……穴あきミラー ３、４……ガルバノスキャナー ５……測定領域、６……受光部、８……増幅器 ９……A/D変換器、10……制御装置 11……メモリ、12……走査位置発生器 13……CCDカメラ、14……画像メモリ 15……ビデオモニタ 21……ダイクロイックミラー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−37931（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−77007（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−214238（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−256924（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−257931（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) A61B 5/02 - 5/0295

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】可干渉光を、被測定生体の所定の２次元平
    面中で空間的に走査と一時停止をくりかえして不連続に
    走査する走査手段と、 前記可干渉光の不連続的に位置する各一時停止点におい
    て走査時に発生する不要な信号を除去して散乱光強度に
    関する時系列データを測定する測定手段を有し、 前記測定手段から得られた散乱光強度に関する時系列デ
    ータに基づき生体の血液に関する情報を測定することを
    特徴とする血流測定装置。
  2. 【請求項２】前記走査手段の可干渉光による２次元の空
    間的に不連続な走査に伴う前記測定手段による測定にお
    いて得られた前記各一時停止点での散乱光強度に関する
    測定情報を２次元表示する手段を設けたことを特徴とす
    る請求項１に記載の血流測定装置。
  3. 【請求項３】前記走査手段の可干渉光による２次元の走
    査領域を撮像する撮像手段と、 前記走査手段の可干渉光による２次元の空間的に不連続
    な走査に伴う前記測定手段による測定において得られた
    前記各一時停止点での散乱光強度に関する測定情報を、
    前記撮像手段により得られた映像情報に重畳して表示す
    る表示手段を有し、 前記撮像手段により得られた映像情報に基づき、前記散
    乱光強度に関する測定情報の前記重畳表示の位置を補正
    することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の
    血流測定装置。
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