JP6989870B2 - 皮膚の血管網を可視化する装置、方法およびプログラム - Google Patents
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Description
(1)体動ノイズの抑制
本実施形態では、表皮から真皮にわたる皮膚のOCT断層像が複数回(同一断面について複数回)取得される。制御演算部は、取得された複数の断層像のうち体動ノイズの影響が基準値を超える断層像を特定して演算対象から除外し、残余の断層像に基づいて血管網を算出する。それにより、体動ノイズが抑制された血管網の画像を表示できる。
(2)血管部分の高精度な抽出
OCTにより皮膚の血管網を算出する場合、そのOCT強度(光強度、輝度)に基づいて血管を判定することが考えられる。血管は周囲の組織と比較してOCT強度が低くなることを利用するものである。しかし、OCT強度が低い箇所には、リンパ管も含まれると考えられる。本実施形態では、血管とリンパ管とをOCT強度に関して予め設定する閾値に基づいて識別可能とし、血管部分を高精度に抽出する。
(3)血管太さのビジュアル化
一般に、皮膚の毛細血管が太いほど栄養素の供給や老廃物の排出がスムーズとなり、肌が健やかであると考えられる。このため、上述した血管網の可視表示に加え、血管の太さを良好に可視化できれば、肌評価をより適切に行えると考えられる。そこで、本実施形態では、血管網のパラメータの一つとして、血管の太さを可視表示する。
[実施例]
図1は、実施例に係る血管可視化装置の構成を概略的に表す図である。本実施例の血管可視化装置は、皮膚組織をマイクロスケールにて断層計測し、皮膚の毛細血管を可視化するものである。この断層計測にOCTを利用する。
光源2は波長掃引光源であり、時間的に発振波長を走査した光を出射する。光源2から出射された光は、カプラー18にて物体光と参照光に分けられ、それぞれオブジェクトアーム4、リファレンスアーム6に導かれる。
上述のように、OCTにおいて、オブジェクトアーム4を経た物体光(対象Sからの反射光)と、リファレンスアーム6を経た参照光とが合波され、光検出装置12により光干渉信号として検出される。制御演算部14は、この光干渉信号を干渉光強度(OCT強度)に基づく対象Sの断層像として取得することができる。
血管網の算出に際しては、連続的に複数回取得された断層像に検査領域(例えば3×3ピクセルの領域ずつ)を設定し、その検査領域内での自己相関を演算する。すなわち、検査領域内の同じ座標における画像の同一性(類似度)を自己相関値として算出する。自己相関が高ければその画像は変位(変形)が少ない、つまりその座標に位置する皮膚組織の動きが小さいと判定できる。逆に、自己相関が低ければ、その座標に位置する皮膚組織の動きが大きいと判定できる。血管は血流による変動があるため、周囲の組織と比較して自己相関は低くなる。この点を利用し、自己相関が低い座標(画素)を血管尤度が高い、つまり血管又は血管候補として特定できる。
OCTにより同一断面の断層像をT回取得した際、任意のt回目の座標(p,q)におけるOCT強度(光強度)をIt(p,q)とし、座標(p,q)を中心とした検査領域内でのOCT強度を平均した値を ̄It(p,q)とする。このとき、任意のt1,t2回目(t1≠t2)の断層像について、表皮対応領域における座標(p,q)での正規化した自己相関値Pepi t1,t2(p,q)は、下記式(3)で表すことができる。
上述のようにして算出された血管候補の一部には、リンパ管が含まれる可能性がある。また、血流が大きい箇所については、動きのゴーストが生じている可能性がある。これらの問題を解決するために、血管候補の中からより血管を選別するための処理を実行する。
本実施例では図4右段に示すように、取得した断層像に基づき、皮膚表面からの深さとOCT強度との関係を表す輝度プロファイルを取得する。ここでは、深さをZ方向のピクセル値にて示している。OCT強度は複数回取得した断層像データの平均値としてもよい。OCT強度が最も大きいところ(深さ=0)が皮膚表面である。この輝度プロファイルは、図示のような極小値と極大値を含む曲線を描く。極小値付近までが表皮に対応すると考えられる。また、論文(Neerken, S., Characterization of age-related effects in human skin, J Biomed Opt, 9 (2004) 274-281.)によると、極小値と極大値との間に真皮における乳頭層対応部と網状層対応部との境界があると考えられる。
制御演算部14は、図4右段に示した輝度プロファイルを関数近似した基準プロファイルを保持する(図5(A))。より詳細には、網状層対応部においてOCT強度が極大となる箇所よりも深部(一点鎖線枠参照)について、輝度プロファイルを直線フィッティングしたものを基準プロファイルとしている。このような関数近似により、基準プロファイル上のOCT強度は、血管やリンパ管の周囲の皮膚組織での強度に近いものとなる。言い換えれば、OCT強度が基準プロファイルから大きく外れる場合、血管やリンパ管に対応すると考えることができる。
本実施例では、上述のようにして得られる血管網に対し、血管の太さ情報を重畳的に可視表示する。図8は、血管太さ表示処理を表す図である。図8(A)~(C)はその処理過程を示す。
図11は、制御演算部14により実行される血管網可視化処理の流れを示すフローチャートである。本処理は、所定の演算周期で繰り返し実行される。制御演算部14は、光源2および光学機構8,10を駆動制御しつつ、OCTによる光干渉信号を複数回取得する(S10)。制御演算部14は、取得したOCTの断層像に対し、上述した体動ノイズ除去処理(S12)、血管抽出処理(S14)および血管パラメータ表示処理(S16)を順次実行する。
制御演算部14は、S26において除去されなかった残余の断層像について自己相関値を取得し(S30)、低相関範囲にある座標を血管候補として特定する(S32)。
Claims (4)
- 光コヒーレンストモグラフィーを用いる光学系を含み、皮膚の血管網を可視化する血管可視化装置であって、
光源からの光を皮膚の組織に導いて走査させるための光学機構と、
前記光学機構の駆動を制御し、前記光学系による光干渉信号を処理することにより前記皮膚の断層像を取得し、その断層像に基づいて血管網を算出する制御演算部と、
前記血管網の画像を表示する表示部と、
を備え、
前記制御演算部は、
複数回取得された断層像について自己相関値を演算し、予め定める低相関範囲にある座標を血管候補として特定し、
前記断層像について深さ方向の輝度プロファイルを取得し、その輝度プロファイルにフィッティング処理を施すことで、予め特定した網状層対応領域について基準プロファイルを設定し、
前記断層像における深さ方向の輝度値に関し、前記網状層対応領域において前記血管候補とされた各座標について、前記基準プロファイル上の輝度値と実際の輝度値との差を外れ値として算出し、
予め定める血管判定範囲に前記外れ値を有する座標を血管として特定し、前記血管網を算出することを特徴とする血管可視化装置。 - 前記制御演算部は、前記血管判定範囲よりも低輝度領域に設定されたリンパ管判定範囲に前記外れ値を有する座標を、リンパ管又はリンパ管候補として特定することを特徴とする請求項1に記載の血管可視化装置。
- 皮膚の血管網を可視化する血管可視化方法であって、
光コヒーレンストモグラフィーを用いることにより、皮膚の断層像を取得する断層像取得工程と、
複数回取得された断層像について自己相関値を演算し、予め定める低相関範囲にある座標を血管候補として特定する血管候補特定工程と、
前記断層像について深さ方向の輝度プロファイルを取得し、その輝度プロファイルにフィッティング処理を施すことで、予め特定した網状層対応領域について基準プロファイルを設定する基準値設定工程と、
前記断層像における深さ方向の輝度値に関し、前記網状層対応領域において前記血管候補とされた各座標について、前記基準プロファイル上の輝度値と実際の輝度値との差を外れ値として算出し、予め定める血管判定範囲に前記外れ値を有する座標を血管として特定し、前記血管網を算出する演算工程と、
算出された血管網を表す画像を表示する表示工程と、
を備えることを特徴とする血管可視化方法。 - 光コヒーレンストモグラフィーにより複数回取得された断層像について自己相関値を演算し、予め定める低相関範囲にある座標を血管候補として特定する機能と、
前記断層像について深さ方向の輝度プロファイルを取得し、その輝度プロファイルにフィッティング処理を施すことで、予め特定した網状層対応領域について基準プロファイルを設定する機能と、
前記断層像における深さ方向の輝度値に関し、前記網状層対応領域において前記血管候補とされた各座標について、前記基準プロファイル上の輝度値と実際の輝度値との差を外れ値として算出し、予め定める血管判定範囲に前記外れ値を有する座標を血管として特定し、血管網を算出する機能と、
算出された血管網を表示させるための信号を出力する機能と、
をコンピュータに実現させるためのプログラム。
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