JPH10290791A - レーザー血流計 - Google Patents
レーザー血流計Info
- Publication number
- JPH10290791A JPH10290791A JP9116440A JP11644097A JPH10290791A JP H10290791 A JPH10290791 A JP H10290791A JP 9116440 A JP9116440 A JP 9116440A JP 11644097 A JP11644097 A JP 11644097A JP H10290791 A JPH10290791 A JP H10290791A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- blood flow
- laser
- measurement site
- flow velocity
- living body
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 生体表皮下任意の深度にある組織の所望の部
位の血流速度のスカラー量と血流の二次元流速方向を、
生体表皮上から無侵襲かつリアルタイムで測定する。 【解決手段】 信号処理手段４は、直交する２組の光電
センサー３A、３B、３Ｃ、３Ｄからの電気信号を測定領
域のスペックル時系列データとしてサンプリングし、該
２つのスペックル時系列データの相互相関を計算し、さ
らに該相互相関のクロススペクトルの位相を逐次算出す
ることによって二次元血流速度および血流方向を測定す
る。
位の血流速度のスカラー量と血流の二次元流速方向を、
生体表皮上から無侵襲かつリアルタイムで測定する。 【解決手段】 信号処理手段４は、直交する２組の光電
センサー３A、３B、３Ｃ、３Ｄからの電気信号を測定領
域のスペックル時系列データとしてサンプリングし、該
２つのスペックル時系列データの相互相関を計算し、さ
らに該相互相関のクロススペクトルの位相を逐次算出す
ることによって二次元血流速度および血流方向を測定す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、生体深部組織の血
流速度を生体表皮上から無侵襲かつリアルタイムで測定
するレーザー血流計に関する。
流速度を生体表皮上から無侵襲かつリアルタイムで測定
するレーザー血流計に関する。
【０００２】
【従来の技術】図６に示されるように、従来のレーザー
血流計はレーザー光をグラスファイバーを通して生体組
織に表面から照射し、該生体組織内で散乱される光の一
部を光電センサーで受光し、受光量を電気信号に変換し
た後、後段の信号処理手段で組織血流量を算出してい
た。該信号処理手段においては、受光データにおいて変
調を受けた光の周波数変調分を血流速度とみなし、該変
調を受けた光の受光強度を、流れている血液量とみなし
ていた。
血流計はレーザー光をグラスファイバーを通して生体組
織に表面から照射し、該生体組織内で散乱される光の一
部を光電センサーで受光し、受光量を電気信号に変換し
た後、後段の信号処理手段で組織血流量を算出してい
た。該信号処理手段においては、受光データにおいて変
調を受けた光の周波数変調分を血流速度とみなし、該変
調を受けた光の受光強度を、流れている血液量とみなし
ていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来のレーザー血流計
においては、 無侵襲では生体表皮から浅部の血流量し
か測定することができないという問題があった。また、
従来のレーザー血流計においては、表皮下任意の深度の
血流量の測定が行えず、さらに測定されたデータが実際
どの部位のデータを測定しているかが明確でないという
問題があった。また、従来のレーザー血流計において
は、ドップラーシフト量を測定する場合、所望の測定部
位以外からのレーザー光の高次散乱の影響を免れられな
いという問題があった。さらに、従来のレーザー血流計
においては、測定領域の血流の一次元流速しか推定でき
ないという問題があった。また、従来のレーザ血流計に
おいては、血管の拍動の影響を考慮することができない
ので、拍動周期間の平均血流速度を求めることができな
いという問題があった。
においては、 無侵襲では生体表皮から浅部の血流量し
か測定することができないという問題があった。また、
従来のレーザー血流計においては、表皮下任意の深度の
血流量の測定が行えず、さらに測定されたデータが実際
どの部位のデータを測定しているかが明確でないという
問題があった。また、従来のレーザー血流計において
は、ドップラーシフト量を測定する場合、所望の測定部
位以外からのレーザー光の高次散乱の影響を免れられな
いという問題があった。さらに、従来のレーザー血流計
においては、測定領域の血流の一次元流速しか推定でき
ないという問題があった。また、従来のレーザ血流計に
おいては、血管の拍動の影響を考慮することができない
ので、拍動周期間の平均血流速度を求めることができな
いという問題があった。
【０００４】そこで本発明では、上記問題点に鑑み、任
意の深度にある組織の所望の部位の二次元血流速度のス
カラー量と血流の二次元流速方向を、生体表皮上から無
侵襲にリアルタイムで所望の測定部位以外からのレーザ
ー光の高次散乱の影響をキャンセルして測定しうるとと
もに、拍動の影響を考慮した平均血流速度をも測定しう
るレーザー血流計を提供することを目的とする。
意の深度にある組織の所望の部位の二次元血流速度のス
カラー量と血流の二次元流速方向を、生体表皮上から無
侵襲にリアルタイムで所望の測定部位以外からのレーザ
ー光の高次散乱の影響をキャンセルして測定しうるとと
もに、拍動の影響を考慮した平均血流速度をも測定しう
るレーザー血流計を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係るレーザー血流計の測定手段は、生体組
織深部に出力手段からレーザー光を照射し、所望の測定
部位の血流の影響を受けた後方散乱光は、生体表皮にレ
ーザースペックルを生じるので、生体表皮上でレーザー
スペックルを受光する受光手段である無侵襲のプローブ
を複数使用することにより複数地点のレーザースペック
ル時系列データを収集するレーザースペックルデータ収
集手段によって該データを収集し、演算処理手段によっ
て該複数地点のレーザースペックル時系列データの自己
相関を計算して拍動周期間の平均血流速度を算出する
か、または、該複数のレーザースペックル時系列データ
の相互相関を計算し、さらに該相互相関のクロススペク
トルの位相を逐次算出することによって測定部位以外か
らのレーザー光の高次散乱の影響を除去し、該当領域の
二次元血流速度のスカラー量と二次元流速方向をリアル
タイムで算出する複数の演算処理を演算処理手段によっ
て行なう。
め、本発明に係るレーザー血流計の測定手段は、生体組
織深部に出力手段からレーザー光を照射し、所望の測定
部位の血流の影響を受けた後方散乱光は、生体表皮にレ
ーザースペックルを生じるので、生体表皮上でレーザー
スペックルを受光する受光手段である無侵襲のプローブ
を複数使用することにより複数地点のレーザースペック
ル時系列データを収集するレーザースペックルデータ収
集手段によって該データを収集し、演算処理手段によっ
て該複数地点のレーザースペックル時系列データの自己
相関を計算して拍動周期間の平均血流速度を算出する
か、または、該複数のレーザースペックル時系列データ
の相互相関を計算し、さらに該相互相関のクロススペク
トルの位相を逐次算出することによって測定部位以外か
らのレーザー光の高次散乱の影響を除去し、該当領域の
二次元血流速度のスカラー量と二次元流速方向をリアル
タイムで算出する複数の演算処理を演算処理手段によっ
て行なう。
【０００６】そのため本発明に係るレーザー血流計で
は、測定部位以外からのレーザー光の高次散乱の影響を
受けることなく上記手段によって算出された生体表皮下
任意の深度にある所望の測定部位の二次元血流速度のス
カラー量と二次元流速方向を生体表皮上から無侵襲かつ
リアルタイムに測定できる。
は、測定部位以外からのレーザー光の高次散乱の影響を
受けることなく上記手段によって算出された生体表皮下
任意の深度にある所望の測定部位の二次元血流速度のス
カラー量と二次元流速方向を生体表皮上から無侵襲かつ
リアルタイムに測定できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１、図２に本発明に係るレーザ
ー血流計の測定原理説明のための模式図を示す。尚、本
発明においては、所望の測定部位の血流の二次元方向を
算出することができるが、測定原理説明のため、図１、
図２、図3では簡略化した一次元モデルで説明を行い、
図５において本発明の実際に適用される二次元モデルを
示すことにする。
ー血流計の測定原理説明のための模式図を示す。尚、本
発明においては、所望の測定部位の血流の二次元方向を
算出することができるが、測定原理説明のため、図１、
図２、図3では簡略化した一次元モデルで説明を行い、
図５において本発明の実際に適用される二次元モデルを
示すことにする。
【０００８】図１に示されるように、レーザー光源１か
ら生体内に照射されたレーザー光は、生体内で散乱し、
後方散乱光は所望の測定部位を経て生体表面においてレ
ーザースペックルとして観測され、該レーザースペック
ルパターンは、生体表皮下の血流状態の影響を受け、流
速に伴いスペックルパターンも移動する。
ら生体内に照射されたレーザー光は、生体内で散乱し、
後方散乱光は所望の測定部位を経て生体表面においてレ
ーザースペックルとして観測され、該レーザースペック
ルパターンは、生体表皮下の血流状態の影響を受け、流
速に伴いスペックルパターンも移動する。
【０００７】図２には、生体表面でのスペックルデータ
を一次元的にサンプリングする場合において生体表皮下
の血流状態の影響を受け、流速に伴いスペックルパター
ンも移動する模式図を示す。
を一次元的にサンプリングする場合において生体表皮下
の血流状態の影響を受け、流速に伴いスペックルパター
ンも移動する模式図を示す。
【０００８】さらに図３では、図２でのA点とB点でサン
プリングしたレーザースペックル時系列データの一例を
示す。
プリングしたレーザースペックル時系列データの一例を
示す。
【０００９】微少な測定領域においては、エルゴード性
（時間平均と集合平均がサンプル空間によらず常に一致
する性質）が成立し、時間軸上でスペックルを測定した
としても空間的にスペックルをサンプリングした場合と
同様なデータが得られることになる。また、生体表皮で
観測される該レーザースペックルパターンは、複数の深
度で後方散乱してきたレーザースペックルパターンの重
畳であるため、生体表皮で観測される該レーザースペッ
クルパターンを移動速度の異なるスペックルパターンに
分解することによって異なる深度の血流速が測定できる
ことになる。
（時間平均と集合平均がサンプル空間によらず常に一致
する性質）が成立し、時間軸上でスペックルを測定した
としても空間的にスペックルをサンプリングした場合と
同様なデータが得られることになる。また、生体表皮で
観測される該レーザースペックルパターンは、複数の深
度で後方散乱してきたレーザースペックルパターンの重
畳であるため、生体表皮で観測される該レーザースペッ
クルパターンを移動速度の異なるスペックルパターンに
分解することによって異なる深度の血流速が測定できる
ことになる。
【００１０】さらに、深部からの後方散乱光によるレー
ザースペックルの方が、浅部からのものよりスペックル
パターンが小さいことが知られているので、生体表皮で
観測される該レーザースペックルパターンを異なるスケ
ールの複数のスペックルに分解し、該複数のスペックル
ごとの移動速度を測定することによって、任意の複数の
深度での血流速度が算出できることになる。
ザースペックルの方が、浅部からのものよりスペックル
パターンが小さいことが知られているので、生体表皮で
観測される該レーザースペックルパターンを異なるスケ
ールの複数のスペックルに分解し、該複数のスペックル
ごとの移動速度を測定することによって、任意の複数の
深度での血流速度が算出できることになる。
【００１１】次に、図４に本発明における一次元血流速
測定装置の概要を示す。図４に示すように生体表皮で観
測されるレーザースペックルパターンは、表皮上の微少
測定領域からレンズ２で拡大され、2つの光電センサー
３A、３Ｂによってスペックル時系列データとしてサン
プリングされる。このとき、表皮上のレーザー入光部と
微少測定領域との間隔は、１ｃｍ以下、好ましくは、数
ｍｍが例示され、又、上記微少測定領域の範囲は、直径
１ｍｍ以下、好ましくは、直径０．数ｍｍが例示されう
るが、これに限定されるものではない。
測定装置の概要を示す。図４に示すように生体表皮で観
測されるレーザースペックルパターンは、表皮上の微少
測定領域からレンズ２で拡大され、2つの光電センサー
３A、３Ｂによってスペックル時系列データとしてサン
プリングされる。このとき、表皮上のレーザー入光部と
微少測定領域との間隔は、１ｃｍ以下、好ましくは、数
ｍｍが例示され、又、上記微少測定領域の範囲は、直径
１ｍｍ以下、好ましくは、直径０．数ｍｍが例示されう
るが、これに限定されるものではない。
【００１２】信号処理手段４は、該2つの光電センサー
３A、３Bからの電気信号を受けて、該スペックル時系列
データを電気信号としてサンプリングし、該２つのスペ
ックル時系列データの相互相関を計算し、さらに該相互
相関のスペクトルであるクロススペクトルの位相を逐次
算出することによって位相の移動量から血流速度を測定
する。同時に、該信号処理手段４は、基本波のクロスス
ペクトルの位相を逐次算出することによって拍動周期お
よび拍動周期間の平均血流速度を算出することもでき
る。該信号処理手段４は、血流速度を算出すると、演算
結果をパソコン５に表示する。
３A、３Bからの電気信号を受けて、該スペックル時系列
データを電気信号としてサンプリングし、該２つのスペ
ックル時系列データの相互相関を計算し、さらに該相互
相関のスペクトルであるクロススペクトルの位相を逐次
算出することによって位相の移動量から血流速度を測定
する。同時に、該信号処理手段４は、基本波のクロスス
ペクトルの位相を逐次算出することによって拍動周期お
よび拍動周期間の平均血流速度を算出することもでき
る。該信号処理手段４は、血流速度を算出すると、演算
結果をパソコン５に表示する。
【００１３】また、該信号処理手段４は、該2つの光電
センサー３A、３Bからサンプリングされたレーザースペ
ックル時系列データの相互相関を計算するため、測定部
位以外からのレーザー光の高次散乱の影響を除去するこ
とができる。
センサー３A、３Bからサンプリングされたレーザースペ
ックル時系列データの相互相関を計算するため、測定部
位以外からのレーザー光の高次散乱の影響を除去するこ
とができる。
【００１４】一般に、より深部から後方散乱してきたレ
ーザースペックル程スペックルのスケールが小さくなる
ことが知られているので、クロススペクトルの高い周波
数のものほど深部血流速度を反映することになり、各周
波数成分ごとのクロススペクトルの位相を逐次算出する
ことによって異なった深度の血流速度が測定できること
になる。
ーザースペックル程スペックルのスケールが小さくなる
ことが知られているので、クロススペクトルの高い周波
数のものほど深部血流速度を反映することになり、各周
波数成分ごとのクロススペクトルの位相を逐次算出する
ことによって異なった深度の血流速度が測定できること
になる。
【００１５】尚、信号処理手段４は、相互相関のクロス
スペクトルの位相を算出するに際し、高速フーリエ変換
およびウェーブレット変換を選択適用できる。
スペクトルの位相を算出するに際し、高速フーリエ変換
およびウェーブレット変換を選択適用できる。
【００１６】次に、図５に本発明における二次元血流速
測定装置の概要を示す。図４における２つの光電センサ
ー３Ａ、３Ｂ以外に、該２組の光電センサー群に直交す
る方向に配置された光電センサー３Ｃ、３Ｄによって上
記と同様の血流速測定を行ない、各直交する方向の一次
元流速を上記の測定原理により測定することによって該
当領域の二次元血流速度のスカラー量と二次元流速方向
をリアルタイムで算出することができ、さらに、拍動周
期および拍動周期間の平均血流速度を測定することがで
きる。該信号処理手段４は、血流速度を算出すると、演
算結果をパソコン５に表示する。
測定装置の概要を示す。図４における２つの光電センサ
ー３Ａ、３Ｂ以外に、該２組の光電センサー群に直交す
る方向に配置された光電センサー３Ｃ、３Ｄによって上
記と同様の血流速測定を行ない、各直交する方向の一次
元流速を上記の測定原理により測定することによって該
当領域の二次元血流速度のスカラー量と二次元流速方向
をリアルタイムで算出することができ、さらに、拍動周
期および拍動周期間の平均血流速度を測定することがで
きる。該信号処理手段４は、血流速度を算出すると、演
算結果をパソコン５に表示する。
【００１７】
【発明の効果】本発明は、上記のように構成されるの
で、以下に記載されるような効果を奏する。本発明に係
るレーザー血流計は、生体表皮下任意の深度にある組織
の所望の測定部位の血流速度の絶対値および血流方向
を、生体表皮上から無侵襲かつリアルタイムで測定する
ことができる。また、本発明に係るレーザー血流計は、
所望の測定部位の血流量の影響を受けた後方散乱光を、
レーザースペックル時系列データとして生体表皮の複数
の地点で観測し、複数地点間の相互相関量を計算するこ
とによって所望の測定部位の血流速度を計算するので、
所望の測定部位以外からのレーザー光の高次散乱の影響
を除去することができる。また、本発明による二次元レ
ーザー血流計を用いれば、無侵襲で血流速度と血流方向
を知る事ができるため、例えば、患者が苦痛無く末梢循
環機能の把握が可能である等、臨床上極めて有用であ
る。また、本発明に係るレーザー血流計は、拍動周期を
算出しうるので、拍動周期間の平均血流速度を算出する
ことができる。
で、以下に記載されるような効果を奏する。本発明に係
るレーザー血流計は、生体表皮下任意の深度にある組織
の所望の測定部位の血流速度の絶対値および血流方向
を、生体表皮上から無侵襲かつリアルタイムで測定する
ことができる。また、本発明に係るレーザー血流計は、
所望の測定部位の血流量の影響を受けた後方散乱光を、
レーザースペックル時系列データとして生体表皮の複数
の地点で観測し、複数地点間の相互相関量を計算するこ
とによって所望の測定部位の血流速度を計算するので、
所望の測定部位以外からのレーザー光の高次散乱の影響
を除去することができる。また、本発明による二次元レ
ーザー血流計を用いれば、無侵襲で血流速度と血流方向
を知る事ができるため、例えば、患者が苦痛無く末梢循
環機能の把握が可能である等、臨床上極めて有用であ
る。また、本発明に係るレーザー血流計は、拍動周期を
算出しうるので、拍動周期間の平均血流速度を算出する
ことができる。
【図１】本発明の測定原理説明のための模式図。
【図２】レーザースペックル測定の概念図。
【図３】レーザースペックル時系列データの一例を示す
図。
図。
【図４】本発明における一次元血流速測定装置の概要を
示す図。
示す図。
【図５】本発明における二次元血流速測定装置の概要を
示す図。
示す図。
【図６】従来のレーザー血流速測定装置の概要を示す
図。
図。
１ レーザー光源 ２ レンズ ３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ 光電センサー ４ 信号処理手段 ５ パソコン
Claims (9)
- 【請求項１】生体組織下任意の深度の部位の二次元血流
速度のスカラー量および血流方向を生体表皮上から無侵
襲で逐次測定しうる測定手段を有することを特徴とする
レーザー血流計。 - 【請求項２】生体組織下任意の深度の部位の血流速度の
拍動周期間の平均値を生体表皮上から無侵襲で逐次測定
しうる測定手段を有することを特徴とする請求項１に記
載のレーザー血流計。 - 【請求項３】生体組織の所望の測定部位にレーザー光照
射手段を有し、該所望の測定部位の血流速度の影響を受
けた後方散乱光によるレーザースペックルを受光する複
数のレーザースペックルデータ収集手段を有することを
特徴とする請求項１記載のレーザー血流計。 - 【請求項４】請求項３記載の複数のレーザースペックル
データ収集手段によって収集された複数のデータの演算
処理を行うことにより、上記の所望の測定部位の二次元
血流速度のスカラー量および流速方向を逐次算出する演
算処理手段を有することを特徴とする請求項１記載のレ
ーザー血流計。 - 【請求項５】上記演算処理手段は、上記複数のデータ収
集手段からの複数のデータの相互相関を計算することに
よって測定部位以外からのレーザー光の高次散乱の影響
を除去し、さらに、該相互相関のクロススペクトルの位
相を逐次算出することによって、上記所望の測定部位の
二次元血流速度のスカラー量と流速方向を逐次測定しう
ることを特徴とする請求項４記載のレーザー血流計。 - 【請求項６】上記演算処理手段は、上記相互相関のクロ
ススペクトルの位相を逐次算出する場合において、フー
リエ変換およびウェーブレット変換を算出手段とするこ
とを特徴とする請求項４記載のレーザー血流計。 - 【請求項７】少なくとも生体内の血流測定部位からの後
方散乱光によって生体表面にレーザースペックルを発生
させる為のレーザー光を生体内部に照射する出力手段を
有するレーザー血流計。 - 【請求項８】前記出力手段からのレーザー光の後方散乱
光が生体内の血流測定部位を経て生体表面に生じたレー
ザースペックルを受光する複数の受光手段を有する請求
項７記載のレーザー血流計。 - 【請求項９】前記複数の受光部で得られた複数のデータ
に基づき、所望の測定部位の二次元血流速度のスカラー
量および流速方向を算出する演算処理手段を有する請求
項７記載のレーザー血流計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9116440A JPH10290791A (ja) | 1997-04-18 | 1997-04-18 | レーザー血流計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9116440A JPH10290791A (ja) | 1997-04-18 | 1997-04-18 | レーザー血流計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10290791A true JPH10290791A (ja) | 1998-11-04 |
Family
ID=14687167
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9116440A Pending JPH10290791A (ja) | 1997-04-18 | 1997-04-18 | レーザー血流計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10290791A (ja) |
Cited By (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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