DE112018002304T5

DE112018002304T5 - Strömungsraten-messverfahren, strömungsraten-messvorrichtung und programm

Info

Publication number: DE112018002304T5
Application number: DE112018002304.4T
Authority: DE
Inventors: Isamu Nakao; Noriyuki Kishii; Tetsuro Kuwayama; Kensei JO
Original assignee: Sony Corp; Sony Semiconductor Solutions Corp
Current assignee: Sony Corp; Sony Semiconductor Solutions Corp
Priority date: 2017-05-02
Filing date: 2018-02-16
Publication date: 2020-02-27
Also published as: WO2018203429A1; US20210102969A1; JPWO2018203429A1; JP6999656B2; US11231436B2

Abstract

Die Strömungsrate eines lichtstreuenden Fluids wird leichter und schneller gemessen.Ein Strömungsraten-Messverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung weist Folgendes auf: Erzeugen von wenigstens zwei Specklebildern durch kontinuierliches Abbilden eines zu messenden lichtstreuenden Fluids, während eine Zeit, die kürzer als die Zeit bis zum Verschwinden der räumlichen Korrelation ist, welche der Zeit entspricht, in der die räumliche Korrelation zwischen vom lichtstreuenden Fluid erzeugten Specklemustern verschwindet, als Belichtungszeit definiert wird, bei einem Zeitintervall, das kürzer als die Zeit bis zum Verschwinden der räumlichen Korrelation ist, und Berechnen der Richtung und der Geschwindigkeit der Strömung des lichtstreuenden Fluids anhand einer zeitlichen Variation der Specklemuster zwischen den wenigstens zwei Specklebildern, wobei die Specklebilder unter Verwendung einer Abbildungsvorrichtung, an der ein Flächensensor angebracht ist, und einer Pixelgruppe eines Teils des Flächensensors oder unter Verwendung einer Abbildungsvorrichtung, an der ein Liniensensor angebracht ist, erzeugt werden.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Strömungsraten-Messverfahren, eine Strömungsraten-Messvorrichtung und ein Programm.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Auf dem medizinischen Gebiet muss beispielsweise in einigen Fällen die Strömung eines Fluids in der Art von Blut während einer Behandlung erfasst werden. Beispielsweise offenbart das folgende Patentdokument 1 eine Flüssigkeitsanalysevorrichtung zum Gewinnen von Erkenntnissen über ein solches Fluid. Die Flüssigkeitsanalysevorrichtung verwendet eine zeitliche Variation eines Laserspeckles.
ZITATLISTE
PATENTDOKUMENT
Patentdokument 1: offen gelegte japanische Patentanmeldung 2016-5525
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
Bei einer im vorstehenden Patentdokument 1 offenharten Vorrichtung werden unter Verwendung der zeitlichen Variation eines Laserspeckles physikalische Größen als die Stärke der Strömung widerspiegelnder Index verwendet. Die physikalischen Größen umfassen beispielsweise den Specklekontrast im Zeitbereich, die Korrelationszeit von Intensitätsvariationen eines Specklebilds und die Entropie. Der Specklekontrast wird durch Dividieren der Standardabweichung der optischen Signalintensität im Specklebild durch den Durchschnittswert der optischen Signalintensität erhalten.
Ein Specklebild unterscheidet sich von einem typischen Bild. Das Specklebild wird durch Abbilden eines zufälligen Beugungs-/Interferenzphänomens, das durch die feine Struktur eines interessierenden Objekts hervorgerufen wird, erhalten. Folglich hat ein Specklebild in einem Fall, in dem sich das interessierende Objekt ausreichend über mehr als die Lichtwellenlänge bewegt, vor und nach der Bewegung ganz andere Muster. Demgegenüber können in einem Fall, in dem sich das Objekt um eine geringe Strecke von nahezu einer Lichtwellenlänge ohne Formänderung bewegt, die Bewegungsstrecke und die Bewegungsrichtung anhand des Specklebilds identifiziert werden, weil das Muster des Specklebilds erhalten bleibt.
Die feine Form eines lichtstreuenden Fluids in der Art von Blut und Lymphe in einem lebenden Körper ändert sich kontinuierlich beispielsweise durch Konvektion, Turbulenz und/oder die Brownsche Bewegung. Die feine Form dieses lichtstreuenden Fluids ändert sich mit hoher Geschwindigkeit beispielsweise in einer Millisekunde oder weniger, abhängig beispielsweise vom Diffusionskoeffizienten, von der Temperatur und der Viskosität. Ein Specklemuster ändert sich mit einer ähnlichen Geschwindigkeit. Folglich müssen zur Erfassung der Strömungsrate und der Strömungsrichtung das zweite und die nachfolgenden Specklebilder zur Berechnung der physikalischen Größen, wie vorstehend beschrieben, erfasst werden, bevor sich die Form des Objekts (Fluids) ändert.
Um beispielsweise ein Objekt, dessen Form sich in einer Millisekunde mindestens zwei Mal ändert, vor der Formänderung abzubilden, muss eine schnelle Abbildung beispielsweise mit wenigstens 10 kfps erreicht werden. Ein für eine gewöhnliche Erzeugung eines Bewegtbilds verwendetes Abbildungselement hat jedoch eine Bildwiederholungsrate von 60 fps. Ein Abbildungselement eines gewöhnlichen Typs weist eine Grenze von nur etwa einem kfps für eine schnelle Erfassung auf. Einige Kameras können eine Erfassung mit einer höheren Geschwindigkeit als einer solchen Bildwiederholungsrate ausführen. Leider weisen diese Kameras Grenzen in Bezug auf die Erfassungszeit auf oder sind kostspielig. Falls die Kameras für eine einfache Verwendung beispielsweise im klinischen Gebrauch vorgesehen sind, werden in der aktuellen Situation starke Beschränkungen auferlegt.
Folglich schlägt die vorliegende Offenbarung angesichts der vorstehend beschriebenen Umstände ein Strömungsraten-Messverfahren, eine Strömungsraten-Messvorrichtung und ein Programm, die in der Lage sind, die Strömungsrate des lichtstreuenden Fluids einfacher und mit höherer Geschwindigkeit zu messen, vor.
LÖSUNGEN DER PROBLEME
Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist ein Strömungsraten-Messverfahren vorgesehen, welches Folgendes aufweist: Erzeugen von wenigstens zwei Specklebildern durch kontinuierliches Abbilden eines zu messenden lichtstreuenden Fluids, während eine Zeit, die kürzer als die Zeit bis zum Verschwinden der räumlichen Korrelation ist, welche der Zeit entspricht, in der die räumliche Korrelation zwischen vom lichtstreuenden Fluid erzeugten Specklemustern verschwindet, als Belichtungszeit definiert wird, bei einem Zeitintervall, das kürzer als die Zeit bis zum Verschwinden der räumlichen Korrelation ist, und Berechnen der Richtung und der Geschwindigkeit der Strömung des lichtstreuenden Fluids anhand einer zeitlichen Variation der Specklemuster zwischen den wenigstens zwei Specklebildern, wobei die Specklebilder unter Verwendung einer Abbildungsvorrichtung, an der ein Flächensensor angebracht ist, und einer Pixelgruppe eines Teils des Flächensensors oder unter Verwendung einer Abbildungsvorrichtung, an der ein Liniensensor angebracht ist, erzeugt werden.
Ferner ist gemäß der vorliegenden Offenbarung eine Strömungsraten-Messvorrichtung vorgesehen, welche Folgendes aufweist: eine Laserlichtquelle, die dafür ausgelegt ist, eine vorgegebene Laserlichtwellenlänge auf zu messendes lichtstreuendes Fluid anzuwenden, eine Abbildungsvorrichtung, die dafür ausgelegt ist, wenigstens zwei Specklebilder durch kontinuierliches Abbilden des lichtstreuenden Fluids zu erzeugen, während eine Zeit, die kürzer als die Zeit bis zum Verschwinden der räumlichen Korrelation ist, welche der Zeit entspricht, in der die räumliche Korrelation zwischen vom lichtstreuenden Fluid erzeugten Specklemustern verschwindet, als Belichtungszeit definiert wird, bei einem Zeitintervall, das kürzer als die Zeit bis zum Verschwinden der räumlichen Korrelation ist, und eine Rechenverarbeitungseinheit, die dafür ausgelegt ist, die Richtung und die Geschwindigkeit der Strömung des lichtstreuenden Fluids anhand der zeitlichen Variation der Specklemuster zwischen den wenigstens zwei Specklebildern zu berechnen, wobei die Specklebilder unter Verwendung einer Abbildungsvorrichtung, an der ein Flächensensor angebracht ist, als Abbildungsvorrichtung und einer Pixelgruppe eines Teils des Flächensensors oder unter Verwendung einer Abbildungsvorrichtung, an der ein Liniensensor angebracht ist, als Abbildungsvorrichtung erzeugt werden.
Ferner ist gemäß der vorliegenden Offenbarung eine Strömungsraten-Messvorrichtung vorgesehen, die eine Rechenverarbeitungseinheit aufweist, welche dafür ausgelegt ist, die Richtung und Geschwindigkeit der Strömung des lichtstreuenden Fluids anhand der zeitlichen Variation von Specklemustern zwischen wenigstens zwei Specklebildern unter Verwendung der wenigstens zwei Specklebilder zu berechnen, die durch kontinuierliches Abbilden des zu messenden lichtstreuenden Fluids, worauf die vorgegebene Laserlichtwellenlänge angewendet wird, erzeugt werden, während eine Zeit, die kürzer als die Zeit bis zum Verschwinden der räumlichen Korrelation ist, welche der Zeit entspricht, in der die räumliche Korrelation zwischen vom lichtstreuenden Fluid erzeugten Specklemustern verschwindet, als Belichtungszeit definiert wird, bei einem Zeitintervall, das kürzer als die Zeit bis zum Verschwinden der räumlichen Korrelation ist, wobei die Rechenverarbeitungseinheit Objekte als die wenigstens zwei Specklebilder verwendet, die unter Verwendung einer Abbildungsvorrichtung, an der ein Flächensensor angebracht ist, und einer Pixelgruppe eines Teils des Flächensensors oder unter Verwendung einer Abbildungsvorrichtung, an der ein Liniensensor angebracht ist, erzeugt werden.
Ferner ist gemäß der vorliegenden Offenbarung ein Programm vorgesehen, das einen Computer veranlasst, eine Rechenverarbeitungsfunktion zu implementieren, bei der die Richtung und die Geschwindigkeit der Strömung eines lichtstreuenden Fluids anhand der zeitlichen Variation von Specklemustern zwischen wenigstens zwei Specklebildern unter Verwendung der wenigstens zwei Specklebilder berechnet werden, die durch kontinuierliches Abbilden des zu messenden lichtstreuenden Fluids, worauf eine vorgegebene Laserlichtwellenlänge angewendet wird, erzeugt werden, während eine Zeit, die kürzer als die Zeit bis zum Verschwinden der räumlichen Korrelation ist, welche der Zeit entspricht, in der die räumliche Korrelation zwischen vom lichtstreuenden Fluid erzeugten Specklemustern verschwindet, als Belichtungszeit definiert wird, bei einem Zeitintervall, das kürzer als die Zeit bis zum Verschwinden der räumlichen Korrelation ist, wobei die Rechenverarbeitungsfunktion Objekte als die wenigstens zwei Specklebilder verwendet, die unter Verwendung einer Abbildungsvorrichtung, an der ein Flächensensor angebracht ist, und einer Pixelgruppe eines Teils des Flächensensors oder unter Verwendung einer Abbildungsvorrichtung, an der ein Liniensensor angebracht ist, erzeugt werden.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung werden zwei oder mehr Specklebilder durch kontinuierliches Abbilden des zu messenden lichtstreuenden Fluids erzeugt, während eine Zeit, die kürzer als die Zeit bis zum Verschwinden der räumlichen Korrelation ist, welche der Zeit entspricht, in der die räumliche Korrelation zwischen vom lichtstreuenden Fluid erzeugten Specklemustern verschwindet, als Belichtungszeit definiert wird, bei einem Zeitintervall, das kürzer als die Zeit bis zum Verschwinden der räumlichen Korrelation ist. Diese Specklebilder werden unter Verwendung einer Abbildungsvorrichtung, an der ein Flächensensor angebracht ist, und einer Pixelgruppe eines Teils des Flächensensors oder unter Verwendung einer Abbildungsvorrichtung, an der ein Liniensensor angebracht ist, erzeugt. Die Richtung und die Geschwindigkeit der Strömung des lichtstreuenden Fluids werden anhand der zeitlichen Variation der Specklemuster zwischen den wenigstens zwei erhaltenen Specklebildern berechnet.
WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Wie vorstehend beschrieben, kann gemäß der vorliegenden Offenbarung die Strömungsrate eines lichtstreuenden Fluids einfacher und schneller gemessen werden.
Es sei bemerkt, dass die vorstehend beschriebenen Wirkungen nicht notwendigerweise einschränkend sind und dass jegliche der in der Beschreibung angegebenen Wirkungen oder andere Wirkungen, die anhand der Beschreibung verständlich sind, zusammen mit den vorstehend beschriebenen Wirkungen oder an Stelle dieser erzeugt werden können.
Figurenliste
Es zeigen:

1 ein Flussdiagramm, das ein Beispiel des Ablaufs eines Strömungsraten-Messverfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt,
2 eine erklärende Ansicht zur Darstellung einer zeitlichen Variation eines Specklemusters,
3 eine erklärende Ansicht zur Darstellung eines Specklebilds,
4 eine erklärende Ansicht zur Darstellung der Zeit bis zum Verschwinden der räumlichen Korrelation,
5 eine erklärende Ansicht zur Darstellung einer Abbildungsbedingung beim Strömungsraten-Messverfahren gemäß der gleichen Ausführungsform,
6A eine erklärende Ansicht zur Darstellung eines Abbildungselements, das beim Strömungsraten-Messverfahren gemäß der gleichen Ausführungsform verwendet wird,
6B eine erklärende Ansicht zur Darstellung des Abbildungselements, das beim Strömungsraten-Messverfahren gemäß der gleichen Ausführungsform verwendet wird,
7 eine erklärende Ansicht zur Darstellung des Strömungsraten-Messverfahrens gemäß der gleichen Ausführungsform,
8 eine erklärende Ansicht zur Darstellung des Strömungsraten-Messverfahrens gemäß der gleichen Ausführungsform,
9 eine erklärende Ansicht zur Darstellung des Strömungsraten-Messverfahrens gemäß der gleichen Ausführungsform,
10 ein Blockdiagramm zur schematischen Darstellung eines Beispiels der Konfiguration einer Strömungsraten-Messvorrichtung gemäß der gleichen Ausführungsform,
11 ein Blockdiagramm zur schematischen Darstellung eines Beispiels der Konfiguration einer in der Strömungsraten-Messvorrichtung gemäß der gleichen Ausführungsform bereitgestellten Laserlichtquelle,
12 ein Blockdiagramm zur schematischen Darstellung eines Beispiels der Konfiguration einer in der Strömungsraten-Messvorrichtung gemäß der gleichen Ausführungsform bereitgestellten Abbildungsvorrichtung,
13A eine erklärende Ansicht zur Darstellung eines Dove-Prismas,
13B eine erklärende Ansicht zur Darstellung des Dove-Prismas,
14 eine erklärende Ansicht zur Darstellung der Strömungsraten-Messvorrichtung gemäß der gleichen Ausführungsform,
15 ein Blockdiagramm zur schematischen Darstellung eines anderen Beispiels der Konfiguration der in der Strömungsraten-Messvorrichtung gemäß der gleichen Ausführungsform bereitgestellten Abbildungsvorrichtung,
16 ein Blockdiagramm zur schematischen Darstellung eines Beispiels der Konfiguration einer in der Strömungsraten-Messvorrichtung gemäß der gleichen Ausführungsform bereitgestellten Rechenverarbeitungseinheit,
17 ein Blockdiagramm zur schematischen Darstellung eines Beispiels der Hardwarekonfiguration der in der Strömungsraten-Messvorrichtung gemäß der gleichen Ausführungsform bereitgestellten Rechenverarbeitungseinheit,
18 ein Blockdiagramm zur schematischen Darstellung eines anderen Beispiels der Konfiguration der Strömungsraten-Messvorrichtung gemäß der gleichen Ausführungsform,
19 eine erklärende Ansicht zur schematischen Darstellung des Aufbaus eines bei einem Beispiel verwendeten Blutgefäßphantoms,
20 eine Graphik zur Erläuterung von Beispiel 1,
21 eine Graphik zur Erläuterung von Beispiel 1,
22 eine erklärende Ansicht zur Erläuterung von Beispiel 2 und
23 eine Graphik zur Erläuterung von Beispiel 2.

MODUS ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird nun detailliert mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben. Es sei bemerkt, dass in der vorliegenden Beschreibung und den Zeichnungen Komponenten, die im Wesentlichen die gleiche Funktionskonfiguration aufweisen, mit den gleichen Zeichen versehen sind, und dass auf eine redundante Beschreibung davon verzichtet wird.
Es sei bemerkt, dass die Beschreibung in der folgenden Reihenfolge erfolgt.

1. Erste Ausführungsform
1.1. Strömungsraten-Messverfahren
1.2. Strömungsraten-Messvorrichtung
2. Beispiel

(Erste Ausführungsform)
<Strömungsraten-Messverfahren>
Zuerst wird ein Strömungsraten-Messverfahren gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung detailliert mit Bezug auf die 1 bis 9 beschrieben.
1 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel des Strömungsraten-Messverfahrens gemäß der Ausführungsform zeigt. 2 ist eine erklärende Ansicht zur Veranschaulichung zeitlicher Variationen eines Specklemusters. 3 ist eine erklärende Ansicht zur Veranschaulichung eines Specklebilds. 4 ist eine erklärende Ansicht zur Veranschaulichung der Zeit bis zum Verschwinden einer räumlichen Korrelation. 5 ist eine erklärende Ansicht zur Veranschaulichung einer Abbildungsbedingung beim Strömungsraten-Messverfahren gemäß der Ausführungsform. Die 6A und 6B sind erklärende Ansichten zur Veranschaulichung eines beim Strömungsraten-Messverfahren gemäß der Ausführungsform verwendeten Abbildungselements. Die 7 bis 9 sind erklärende Ansichten zur Veranschaulichung des Strömungsraten-Messverfahrens gemäß der Ausführungsform.
Wie zuvor erwähnt, können in einem Fall, in dem sich ein zu messendes lichtstreuendes Fluid um eine kleine Strecke nahezu einer Lichtwellenlänge bewegt, ohne die Form zu ändern, die Bewegungsstrecke und die Bewegungsrichtung anhand mehrerer Specklebilder, in denen ein Specklemuster enthalten ist, identifiziert werden. Für diesen Zweck ist eine Abbildung mit einer hohen Bildwiederholungsrate wichtig, weil eine Abbildung mehrerer Specklebilder mit hoher Geschwindigkeit vor der Formänderung des lichtstreuenden Fluids erforderlich ist.
Der Erfinder hat ernsthaft ein Verfahren erwogen, bei dem ein Specklebild leichter mit einer hohen Bildwiederholungsrate, wie vorstehend beschrieben, abgebildet werden kann. Dabei hat der Erfinder herausgefunden, dass bei einem kontinuierlichen Abbilden eines zu messenden lichtstreuenden Fluids unter einer vorgegebenen Abbildungsbedingung das Specklebild leichter mit einer hohen Bildwiederholungsrate abgebildet werden kann, und ein nachstehend detailliert beschriebenes Strömungsraten-Messverfahren ausgeführt.
Wie in 1 schematisch dargestellt ist, weist das Strömungsraten-Messverfahren gemäß der Ausführungsform einen Abbildungsschritt (S101) und einen Rechenverarbeitungsschritt (S103) auf. Beim Abbildungsschritt S101 wird das zu messende lichtstreuende Fluid unter einer vorgegebenen Abbildungsbedingung kontinuierlich abgebildet. Beim Rechenverarbeitungsschritt S103 werden die Richtung und die Geschwindigkeit der Strömung des lichtstreuenden Fluids unter Verwendung von zwei oder mehr im Abbildungsschritt erzeugten Specklebildern berechnet.
Hier bedeutet das lichtstreuende Fluid gemäß der Ausführungsform ein Objekt, das durch einen vorgegebenen Strömungsweg fließt, während angewendetes Licht gestreut wird. Beispielsweise weist dieses lichtstreuende Fluid Körperflüssigkeiten in der Art von Blut und Lymphe, die beispielsweise in einem Blutgefäß und in einem Lymphgefäß in einem lebenden Körper strömen, auf, ist jedoch nicht besonders darauf beschränkt. Wenngleich in der folgenden Beschreibung eine Körperflüssigkeit in der Art von Blut oder Lymphe, die beispielsweise in einem Blutgefäß und einem Lymphgefäß in einem lebenden Körper fließt, als Beispiel eines zu messenden Objekts genommen wird, ist das lichtstreuende Fluid gemäß der Ausführungsform nicht auf ein solches Beispiel beschränkt.
[Abbildungsschritt S101]
Wie vorstehend erwähnt unterscheidet sich ein Specklebild von einem typischen Bild. Das Specklebild wird durch Abbilden eines zufälligen Beugungs-/Interferenzphänomens, das durch die feine Struktur eines interessierenden Objekts hervorgerufen wird, erhalten. Ferner wird die feine Form des lichtstreuenden Fluids in der Art von Blut und Lymphe in einem lebenden Körper beispielsweise durch Konvektion, Turbulenz und/oder die Brownsche Bewegung kontinuierlich geändert. Die feine Form dieses lichtstreuenden Fluids ändert sich mit hoher Geschwindigkeit beispielsweise in einer Millisekunde oder weniger (etwa 10 bis 100 Mikrosekunden im Fall von Blut), abhängig beispielsweise vom Diffusionskoeffizienten, von der Temperatur und der Viskosität. Ein Specklemuster ändert sich mit einer ähnlichen Geschwindigkeit. Folglich unterscheiden sich beispielsweise, wie in 2 schematisch dargestellt ist, ein Specklemuster A und ein Specklemuster B voneinander. Das Specklemuster A wurde zu einem Zeitpunkt t_A beobachtet. Das Specklemuster B wurde zu einem Zeitpunkt t_B beobachtet, der nach der Zeit liegt, in der sich die Form des lichtstreuenden Fluids geändert hat. Mit anderen Worten gibt es zwischen den Specklemustern A und B, die in 2 dargestellt sind, keine räumliche Korrelation.
Zuerst wird nachstehend die Zeit betrachtet, bis zu der ein Specklemuster infolge einer Formänderung des lichtstreuenden Fluids nicht aufrechterhalten wird (d. h. die Zeit bis die räumliche Korrelation zwischen Specklemustern verschwindet). Die „Zeit bis die räumliche Korrelation zwischen Specklemustern verschwindet“ wird nachstehend als „Zeit bis zum Verschwinden der räumlichen Korrelation“ bezeichnet.
3 zeigt schematisch ein durch Abbilden eines Specklemusters eines lichtstreuenden Fluids erhaltenes Bild (nachstehend auch als „Specklebild“ bezeichnet). Das lichtstreuende Fluid wird mit von einer vorgegebenen Laserlichtquelle emittiertem Laserlicht linear bestrahlt. Mehrere Pixel bilden jeweils die x-Richtung und die y-Richtung des Bilds. Ferner ist die Position im oberen linken Teil des Bilds als Ursprung (0, 0) des Pixelpositionen angebenden Koordinatensystems definiert. Alle Pixelpositionen sind als (x_i , y_i ) repräsentiert. Überdies ist die Intensität (Signalintensität) eines interessierenden Pixels (x_i , y_i ) zu einem Zeitpunkt t als I (x_i , y_i , t) repräsentiert.
Wenn die Position des interessierenden lichtstreuenden Fluids als fest angesehen wird, ändert sich das Specklemuster des lichtstreuenden Fluids an einer Position im Laufe der Zeit. Wie in 4 schematisch dargestellt ist, nimmt die Signalintensität I (x_i , y_i , t) eines Specklemusters an einer Pixelposition (x_i , y_i ) im Laufe der Zeit ab. In diesem Fall kann die Korrelation (zeitliche Korrelation) G_t zwischen zwei Arten von Specklemustern zu zwei Zeitpunkten durch den folgenden Ausdruck (101) ausgedrückt werden.

[math 1] $G_{t} (x, y, τ) = \int I (x, y, t) I (x, y, t + τ) d t$
Gemäß der Ausführungsform wird die Zeit τ, bei der die zeitliche Korrelation G_t (x, y, τ) = 0,5 × G_t (x, y, 0) eingehalten wird (d. h. die Zeit, die erforderlich ist, bis die zeitliche Korrelation bis auf die Hälfte eines Anfangswerts abgenommen hat), wie durch die vorstehend beschriebene Gleichung (101) berechnet, als die vorstehend beschriebene Zeit bis zum Verschwinden der räumlichen Korrelation definiert.
Zur Messung der Strömungsrate (d. h. der Richtung und der Geschwindigkeit der Strömung) des lichtstreuenden Fluids müssen Specklemuster zu zwei oder mehr Zeitpunkten verwendet werden. Wie vorstehend beschrieben, genügt es, wenn das lichtstreuende Fluid innerhalb der Zeit τ bis zum Verschwinden der räumlichen Korrelation wenigstens zwei Mal abgebildet wird, um wenigstens zwei Specklebilder zu erhalten, weil das Specklemuster ohne zeitliche Variation innerhalb der Zeit bis zum Verschwinden der räumlichen Korrelation erhalten bleibt.
Folglich wird im Abbildungsschritt S101 gemäß der Ausführungsform, wie in 5 schematisch dargestellt ist, eine Zeit, die kürzer als die Zeit τ bis zum Verschwinden der räumlichen Korrelation ist, als Belichtungszeit (ET) definiert. Das lichtstreuende Fluid wird mit einem Zeitintervall Δt, das kürzer als die Zeit τ bis zum Verschwinden der räumlichen Korrelation ist, kontinuierlich abgebildet, um Specklebilder von N Frames oder mehr (N ≥ 2, d. h. N Lagen oder mehr) zu erzeugen.
Hier kann die spezifische Länge der Zeit τ bis zum Verschwinden der räumlichen Korrelation vorab spezifiziert werden, indem tatsächlich die zeitliche Variation des Specklemusters des zu messenden lichtstreuenden Fluids beobachtet wird. Ferner ist die in 5 schematisch dargestellte spezifische Länge der Belichtungszeit ET nicht besonders beschränkt, und es ist nur erforderlich, sie entsprechend der Helligkeit des Specklemusters unter einer Abbildungsumgebung und beispielsweise der Leistungsfähigkeit der zu verwendenden Geräte geeignet festzulegen. Ähnlich ist das in 5 dargestellte Abbildungsintervall Δt nicht besonders beschränkt, und es ist lediglich erforderlich, es beispielsweise entsprechend der Leistungsfähigkeit der zu verwendenden Geräte geeignet festzulegen.
Um eine Abbildung mit einer hohen Bildwiederholungsrate zu erreichen, wie in 5 dargestellt, wird eine Abbildungsvorrichtung, worin ein Sensor, wie in 6A oder 6B dargestellt, angebracht ist, beim Strömungsraten-Messverfahren gemäß der Ausführungsform verwendet. Beispielsweise zeigt 6A schematisch eine Abbildungsvorrichtung, woran ein Flächensensor angebracht ist, der mehrere Pixel (x_i , y_i ) aufweist. Das heißt, dass sich in einem Fall, in dem die Abbildungsvorrichtung verwendet wird und die Abtastung mit allen den Flächensensor bildenden Pixeln ausgeführt wird, wahrscheinlich nur schwer eine Abbildung unter der in 5 dargestellten Abbildungsbedingung erreichen lässt. Folglich wird bei Verwendung einer Abbildungsvorrichtung, an der ein Flächensensor angebracht ist, ein Specklebild unter Verwendung einer Pixelgruppe eines Teils des Flächensensors erfasst. Durch Abtasten eines Specklemusters nicht mit allen Pixeln, sondern nur mit der Pixelgruppe eines Teils wird eine verglichen mit der Abtastung aller Pixel sehr hohe Abtastgeschwindigkeit ermöglicht. Dadurch kann eine Abbildung mit einer hohen Bildwiederholungsrate erreicht werden. Beispielsweise wird ein Specklebild beim in 6A dargestellten Beispiel mit einer in der Nähe des Zentrums des Flächensensors bereitgestellten Pixelgruppe erfasst.
Hier werden vorzugsweise mehrere Pixelgruppen für die Abbildung des Specklemusters verwendet. Die Pixelgruppen sind in einer zur Abtastrichtung des Flächensensors parallelen Richtung (d. h. Datenleserichtung im Flächensensor) angeordnet.
Ferner ist die Position der zur Erfassung eines Specklebilds verwendeten Pixelgruppe im Flächensensor nicht besonders beschränkt. Die Pixelgruppe kann in der Nähe des Zentrums des Flächensensors, wie in 6A dargestellt, oder an einer anderen Stelle als dem Zentrum positioniert sein.
Ferner kann an Stelle des Flächensensors, wie in 6A schematisch dargestellt, beispielsweise eine Abbildungsvorrichtung verwendet werden, an der ein Liniensensor angebracht ist, wie in 6B schematisch dargestellt ist.
Es sei bemerkt, dass, wenngleich die 6A und 6B eine zur Erzeugung des Pixelbilds verwendete Pixelgruppenlinie zeigen, die Linienanzahl des zur Erzeugung des Specklebilds verwendeten Sensors nicht auf eins beschränkt ist und innerhalb eines Bereichs, in dem die Abbildungsbedingung, wie in 5 dargestellt, erreicht werden kann, eine Anzahl von Linien verwendet werden kann.
Das zu messende lichtstreuende Fluid bewegt sich innerhalb einer Leitung beispielsweise in der Art eines Blutgefäßes und eines Lymphgefäßes, die sich in einer vorgegebenen Richtung erstreckt. Beispielsweise geschieht, wie in 7 schematisch dargestellt ist, eine Abbildung vorzugsweise derart, dass die Abtastrichtung eines für die Abbildung verwendeten Sensors die Verlaufsrichtung der Leitung (beispielsweise Blutgefäß und Lymphgefäß) erheblich überlappt (wobei die Leitung, durch die das lichtstreuende Fluid strömt, insbesondere zum großen Teil über der für die Abbildung verwendeten Sensorpixelgruppe positioniert ist). Dies ermöglicht es, dass das lichtstreuende Fluid in einer größeren Zahl für die Erfassung eines Pixelbilds verwendeter Pixelgruppen ein Abbildungsziel ist und dass die Strömungsrate des lichtstreuenden Fluids genauer gemessen werden kann.
[Rechenverarbeitungsschritt S103]
Ein unter Verwendung von zwei oder mehr erzeugten Specklebildern ausgeführter Rechenverarbeitungsschritt wird nun beschrieben.
Eine Anzahl von Specklebildern wird durch Ausführen einer Abbildung unter der in 5 schematisch dargestellten Abbildungsbedingung erhalten, wobei jedes der Specklebilder im Wesentlichen das gleiche Specklemuster aufweist. Folglich weisen, wie in 8 schematisch dargestellt ist, zwei zu jeweiligen Zeitpunkten t₀ und t₁ innerhalb der Zeit τ bis zum Verschwinden der räumlichen Korrelation erfasste Specklebilder große Ähnlichkeiten auf und bestehen aus der gleichen Anzahl von Pixeln. Demgegenüber ist das Specklebild zum Zeitpunkt t₁ in Strömungsrichtung des lichtstreuenden Fluids um ΔL gegenüber dem Specklebild zum Zeitpunkt t₀ verschoben. Die Richtung und die Geschwindigkeit der Strömung des lichtstreuenden Fluids können durch Konzentration auf die Verschiebungsrichtung und den Verschiebungsbetrag ΔL berechnet werden.
Beim Rechenverarbeitungsschritt gemäß der Ausführungsform wird vorzugsweise die unter Verwendung zweier oder mehr Specklemuster berechnete Kreuzkorrelation zwischen räumlichen Verteilungen der Specklebilder als Index verwendet, der diese zeitliche Variation der Specklemuster in Zusammenhang mit der Bewegung des lichtstreuenden Fluids repräsentiert. Zusätzlich werden die Strömungsrichtung und -geschwindigkeit des lichtstreuenden Fluids vorzugsweise auf der Grundlage der Kreuzkorrelation zwischen den räumlichen Verteilungen der Specklebilder berechnet.
Speckles des lichtstreuenden Fluids ändern sich im Laufe der Zeit. Selbst wenn eine Abtastung am selben Pixel ausgeführt wird, ändert sich ein Specklemuster leicht zwischen benachbarten Frames, wie in 8 schematisch dargestellt ist. In diesem Fall kann die Kreuzkorrelation (räumliche Kreuzkorrelation) zwischen den räumlichen Verteilungen der Specklebilder der Frames 0 und 1 wie im folgenden Ausdruck (103) ausgedrückt werden. Hier repräsentiert G (ξ, y, t) einen Korrelationskoeffizienten.

[math 2] $G (ξ, y, t) = \int I (x, y, t_{0}) I (x + ξ, y, t_{1}) d x$
Wie vorstehend beschrieben, verschiebt sich, wenn eine Auftragung eines räumlichen Autokorrelationskoeffizienten des Specklebilds zum Zeitpunkt t₀ als Standard festgelegt wird, die Auftragung eines räumlichen Kreuzkorrelationskoeffizienten des Specklebilds zum Zeitpunkt t₀ und des Specklebilds zum Zeitpunkt t₁ in einer bestimmten Richtung um einen vorgegebenen Betrag Δx, wie in 9 schematisch dargestellt ist. Beim Strömungsraten-Messverfahren gemäß der Ausführungsform kann die Verschiebungsrichtung des Spitzenwerts des räumlichen Kreuzkorrelationskoeffizienten im Specklebild als Strömungsrichtung des lichtstreuenden Fluids betrachtet werden.
Ferner kann die Geschwindigkeit des lichtstreuenden Fluids unter Verwendung des Verschiebungsbetrags Δx des erhaltenen Spitzenwerts, der Pixelgröße eines Sensors und des Abbildungszeitintervalls ΔT berechnet werden. Das heißt, dass die dem Verschiebungsbetrag Δx im Objektraum entsprechende Größe
als Produkt des Verschiebungsbetrags Δx auf der Bildoberfläche und der Bildvergrößerung berechnet werden kann. Demgegenüber kann die Zeit, welche das lichtstreuende Fluid benötigt, um sich über die Größe des Objektraums zu bewegen, unter Verwendung der Abbildungsgrößenordnung (der Anzahl der verwendeten Frames) eines interessierenden Specklebilds und des Abbildungsintervalls Δt des Specklebilds spezifiziert werden. Die Geschwindigkeit des interessierenden lichtstreuenden Fluids kann unter Verwendung dieser Werte berechnet werden.
Es sei bemerkt, dass das Verfahren zur Spezifikation der Strömungsrate des lichtstreuenden Fluids nicht auf das vorstehend beschriebene Verfahren beschränkt ist, wobei die räumliche Kreuzkorrelation Aufmerksamkeit erregt. Es kann auch ein anderes Verfahren geeignet verwendet werden.
Das Strömungsraten-Messverfahren gemäß der Ausführungsform wurde vorstehend detailliert beschrieben.
<Strömungsraten-Messvorrichtung>
Eine Strömungsraten-Messvorrichtung gemäß der Ausführungsform wird nun detailliert mit Bezug auf die 10 bis 18 beschrieben. Das vorstehend beschriebene Strömungsraten-Messverfahren kann mit der Strömungsraten-Messvorrichtung erreicht werden.
10 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel der Konfiguration der Strömungsraten-Messvorrichtung gemäß der Ausführungsform schematisch darstellt. 11 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel der Konfiguration einer in der Strömungsraten-Messvorrichtung gemäß der Ausführungsform bereitgestellten Laserlichtquelle schematisch darstellt. 12 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel der Konfiguration einer in der Strömungsraten-Messvorrichtung gemäß der Ausführungsform bereitgestellten Abbildungsvorrichtung schematisch darstellt. Die 13A und 13B sind erklärende Ansichten zur Darstellung eines Dove-Prismas. 14 ist eine erklärende Ansicht, die die Strömungsraten-Messvorrichtung gemäß der Ausführungsform schematisch darstellt. 15 ist ein Blockdiagramm, das ein anderes Beispiel der Konfiguration einer in der Strömungsraten-Messvorrichtung gemäß der Ausführungsform bereitgestellten Abbildungsvorrichtung schematisch darstellt. 16 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel der Konfiguration einer in der Strömungsraten-Messvorrichtung gemäß der Ausführungsform bereitgestellten Rechenverarbeitungseinheit schematisch darstellt. 17 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel der Hardwarekonfiguration der in der Strömungsraten-Messvorrichtung gemäß der Ausführungsform bereitgestellten Rechenverarbeitungseinheit schematisch darstellt. 18 ist ein Blockdiagramm, das ein anderes Beispiel der Konfiguration der Strömungsraten-Messvorrichtung gemäß der Ausführungsform schematisch darstellt.
[Gesamtkonfiguration der Strömungsraten-Messvorrichtung 1]
Wie in 10 schematisch dargestellt ist, weist eine Strömungsraten-Messvorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform hauptsächlich eine Abbildungseinheit 10 und eine Rechenverarbeitungseinheit 20 auf.
Die Abbildungseinheit 10 wendet von der Rechenverarbeitungseinheit 20 gesteuert Laserlicht mit einer vorgegebenen Wellenlänge zur Bestrahlung des lichtstreuenden Fluids S an. Ferner bildet die Abbildungseinheit 10 unter der vorstehend beschriebenen Abbildungsbedingung, wie in 5 dargestellt, mehrere durch das Laserlicht erzeugte Laserspeckles des lichtstreuenden Fluids ab, um mehrere Specklebilder zu erzeugen. Die Abbildungseinheit 10 gibt die mehreren erzeugten Specklebilder an die Rechenverarbeitungseinheit 20 aus.
Nachstehend wird die detaillierte Konfiguration der vorstehend beschriebenen Abbildungseinheit 10 erneut beschrieben.
Die Rechenverarbeitungseinheit 20 steuert die Abbildungsverarbeitung des Specklebilds an der Abbildungseinheit 10. Ferner berechnet die Rechenverarbeitungseinheit 20 die Strömungsrate (d. h. die Richtung und Geschwindigkeit der Strömung) des interessierenden lichtstreuenden Fluids unter Verwendung der mehreren von der Abbildungseinheit 10 erzeugten Specklebilder.
Nachstehend wird die detaillierte Konfiguration der vorstehend beschriebenen Rechenverarbeitungseinheit 20 erneut beschrieben.
[Konfiguration der Abbildungseinheit 10]
Wie in 10 schematisch dargestellt ist, weist die Abbildungseinheit 10 gemäß der Ausführungsform eine Laserlichtquelle 101 und eine Abbildungsvorrichtung 103 auf.
Ferner kann die Abbildungseinheit 10 gemäß der Ausführungsform zusätzlich zu der vorstehend beschriebenen Konfiguration ferner verschiedene Mechanismen aufweisen, um wenigstens eines von beispielsweise einem allgemeinen Specklebild, einem Hellfeldbild, einem Fluoreszenzbild oder einem Schmalbandabbildungs(NBI)-Bild zu erhalten. Diese Bilder werden verwendet, um die Position einer Leitung in der Art eines Blutgefäßes und eines Lymphgefäßes zu spezifizieren. Ferner kann die Konfiguration der Abbildungseinheit 10, wie vorstehend beschrieben, überdies verschiedene Funktionen aufweisen, um wenigstens eines von beispielsweise dem Specklebild, dem Hellfeldbild, dem Fluoreszenzbild oder dem NBI-Bild zu erhalten. Für diese Anordnung kann ein Benutzer der Strömungsraten-Messvorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform die Position des lichtstreuenden Fluids, dessen Strömungsrate gemessen werden soll, leichter spezifizieren.
Die Laserlichtquelle 101 und die Abbildungsvorrichtung 103 gemäß der Ausführungsform werden nachstehend detailliert beschrieben.
Laserlichtquelle 101
Die Laserlichtquelle 101 wendet Laserlicht auf das zu messende lichtstreuende Fluid S an. Dann streut das lichtstreuende Fluid S das angewendete Laserlicht zufällig und wird ein Laserspecklemuster erzeugt. Die Wellenlänge des von der Laserlichtquelle 101 emittierten Laserlichts ist nicht besonders beschränkt, und es kann eine beliebige Wellenlänge ausgewählt werden. Es sei bemerkt, dass das Laserlicht vorzugsweise eine kürzere Wellenlänge aufweist, um die Messgenauigkeit weiter zu verbessern. Ferner ist es bevorzugter, wenn das von der Laserlichtquelle 101 emittierte Laserlicht eine höhere Kohärenz aufweist. Überdies hat das von der Laserlichtquelle 101 emittierte Laserlicht vorzugsweise eine longitudinale Mode einer einzelnen Frequenz und eine transversale TEM₀₀-Mode.
Es sei bemerkt, dass zur Beleuchtung eines breiteren Bereichs des lichtstreuenden Fluids S vorzugsweise lineares Laserlicht auf das lichtstreuende Fluid S angewendet wird. Das lineare Laserlicht kann durch Bereitstellen verschiedener optischer Elemente in der Art einer Stablinse und einer Powell-Linse (Linienerzeugungs-Projektionslinse) auf der Stromabwärtsseite der Laserlichtquelle 101 und Bewirken, dass das von der Laserlichtquelle 101 emittierte Laserlicht auf diese optischen Elemente einfällt, erreicht werden.
Beispiele der Laserlichtquelle 101, wie vorstehend beschrieben, umfassen eine Halbleiter-Laserlichtquelle, wie schematisch in 11 dargestellt. Wie in 11 schematisch dargestellt ist, weist eine solche Laserlichtquelle beispielsweise eine Laserdiode 111, einen Kollimator 113, einen Isolator 115, ein anamorphes Prismenpaar 117, eine λ/2-Wellenlängenplatte 119 und einen Kopplungsanschluss 121 auf.
Das von der Laserdiode 111 emittierte Laserlicht wird durch den Kollimator 113 geleitet und wird zur kollimiertem Licht. Das kollimierte Licht tritt in den Isolator 115 ein. Das durch den Isolator 115 hindurchgetretene kollimierte Licht wird durch das anamorphe Prismenpaaar 117 geleitet. Der kollimierte Lichtstrahl wird dadurch mit einer vorgegebenen Form versehen. Die λ/2-Wellenlängenplatte 119 steuert die Polarisationsrichtung des kollimierten Lichts. Das Laserlicht mit der gesteuerten Strahlform und Polarisationsrichtung wird durch den Kopplungsanschluss 121 mit einer optischen Faser OF verbunden und zu einem Messteil des lichtstreuenden Fluids geleitet. Ferner verhindert der Isolator 115, dass am Kopplungsanschluss 121 reflektiertes Laserlicht die Laserdiode 111 erreicht. Die Laseroszillationseffizienz der Laserdiode 111 wird gesteuert, so dass sie nicht abnimmt.
Die Abbildungseinheit 10 gemäß der Ausführungsform kann durch die Verwendung der Halbleiter-Laserlichtquelle, wie in 11 dargestellt, als Laserlichtquelle 101 verkleinert werden.
Abbildungsvorrichtung 103
Die Abbildungsvorrichtung 103 bildet ein im lichtstreuenden Fluid S erzeugtes Specklemuster unter einer spezifischen Abbildungsbedingung, wie in 5 dargestellt, ab, um wenigstens zwei Specklebilder zu erzeugen. Daten der wenigstens zwei erzeugten Specklebilder werden an die Rechenverarbeitungseinheit 20 ausgegeben.
Beispiele der vorstehend beschriebenen Abbildungsvorrichtung 103 umfassen eine Abbildungsvorrichtung, an der ein Flächensensor angebracht ist. Wie in 12 schematisch dargestellt ist, weist die Abbildungsvorrichtung, an der ein Flächensensor angebracht ist, wenigstens eine Abbildungslinse 131 und einen Flächensensor 133 als Abbildungselement auf. Ferner ist, wie in 7 dargestellt ist, vorzugsweise ein Dove-Prisma 135 auf der Stromaufwärtsseite der Abbildungslinse 131 bereitgestellt, so dass die Verlaufsrichtung einer Leitung (beispielsweise eines Blutgefäßes, eines Lymphgefäßes und dergleichen), durch die das lichtstreuende Fluid hindurchströmt, die Abtastrichtung des Flächensensors 133 überlappt.
Hier ist die in der Abbildungsvorrichtung 103 bereitgestellte Abbildungslinse 131 nicht besonders beschränkt, und es kann eine beliebige Linse verwendet werden. Ferner sind, wenngleich in 12 nur eine Linse als Abbildungslinse 131 dargestellt ist, der Typ und die Anzahl der die Abbildungslinse 131 bildenden optischen Elemente nicht besonders beschränkt, und es kann eine mehrere optische Elemente aufweisende Linsengruppe die Abbildungslinse 131 bilden.
Ferner ist der Flächensensor 133 nicht besonders beschränkt, und es kann ein beliebiger Flächensensor verwendet werden, der beispielsweise ladungsgekoppelte Vorrichtungen (CCD) und einen komplementären Metall-Oxid-Halbleiter (CMOS) verwendet.
Eine hohe Bildwiederholungsrate kann durch die Verwendung eines Teils der Pixelgruppe, wie in 6A schematisch dargestellt, von mehreren den vorstehend beschriebenen Flächensensor 133 bildenden Pixeln erreicht werden. Es kann eine Abbildung mit einer hohen Bildwiederholungsrate, wie in 5 dargestellt, erreicht werden. Die Strömungsrate des lichtstreuenden Fluids wird durch Analysieren anhand der spezifischen Pixelgruppe erhaltener Specklesignale spezifiziert.
Leitungen (insbesondere beispielsweise Blutgefäße und Lymphgefäße), durch die das lichtstreuende Fluid fließt, verlaufen nur selten parallel zur Abtastrichtung (Datenleserichtung) des Flächensensors 133. Im Allgemeinen verlaufen Leitungen häufig in einer von der Abtastrichtung des Flächensensors 133 unabhängigen Richtung. Folglich wird, wie in 7 dargestellt, das auf dem Flächensensor 133 gebildete Bild mit dem Dove-Prisma 135 in einer gewünschten Richtung gedreht, so dass die Verlaufsrichtung einer Leitung die Abtastrichtung des Flächensensors 133 überlappt.
Wie in 13A schematisch dargestellt ist, besteht die Funktion des Dove-Prismas 135 darin,
das sich entlang einer optischen Achse des Dove-Prismas 135 ausbreitende Licht um 180 Grad zu drehen. Ferner wird, wenn das Dove-Prisma 135 selbst um θ Grad um die optische Achse gedreht wird, das vom Dove-Prisma 135 übertragene Bild um 2θ Grad gedreht, wie in 13B schematisch dargestellt ist. Die Verwendung des vorstehend beschriebenen Dove-Prismas 135 ermöglicht es, dass die Verlaufsrichtung einer Leitung, durch die das lichtstreuende Fluid strömt, die Abtastrichtung des Flächensensors 133 überlappt. Ein Bild des lichtstreuenden Fluids wird auf dem Flächensensor 133 gebildet.
Es sei bemerkt, dass zum Erreichen einer solchen Einstellung der Verlaufsrichtung vorzugsweise eine Führung, welche die Abtastrichtung des Flächensensors 133 angibt, auf einem Anzeigebildschirm angezeigt wird, worauf sich der Benutzer der Strömungsraten-Messvorrichtung 1 bezieht, wie in 14 schematisch dargestellt ist. Dies ermöglicht es dem Benutzer der Strömungsraten-Messvorrichtung 1, die Drehung des Dove-Prismas 135 einfach zu steuern und die Verlaufsrichtung einer Leitung, durch die das lichtstreuende Fluid strömt, mit der Abtastrichtung des Flächensensors 133 zu überlappen. Ein Bild des lichtstreuenden Fluids wird auf dem Flächensensor 133 gebildet.
Ferner umfassen Beispiele einer anderen Abbildungsvorrichtung 103 gemäß der Ausführungsform eine Abbildungsvorrichtung, an der ein Liniensensor angebracht ist. Beispielsweise weist die Abbildungsvorrichtung, an der ein Liniensensor angebracht ist, wie in 15 schematisch dargestellt ist, die Abbildungslinse 131, eine optische Linse 141, einen Flächensensor 143, einen Liniensensor 145, einen Halbspiegel HM und einen Spiegel M auf.
Bei einer solchen Abbildungsvorrichtung ist der Halbspiegel HM in Bezug auf ein Objekt auf einer Fourierebene der Abbildungslinse 131 angeordnet. Der Halbspiegel HM verzweigt den Weg von Licht, das in die Abbildungslinse 131 eingetreten ist, in einen zum Flächensensor 143 verlaufenden Lichtweg und einen zum Liniensensor 145 verlaufenden Lichtweg. Ferner ist die optisch äquivalente optische Linse 141 zwischen dem Halbspiegel HM und jedem Sensor bereitgestellt.
Bei einer solchen Abbildungsvorrichtung ist der Flächensensor 143 als Mechanismus zum Erhalten von wenigstens einem beispielsweise von einem allgemeinen Specklebild, einem Hellfeldbild, einem Fluoreszenzbild oder einem NBI-Bild, die zur Spezifikation der Position einer Leitung in der Art eines Blutgefäßes und eines Lymphgefäßes verwendet werden, bereitgestellt. Das auf dem Flächensensor 143 erzeugte Bild wird nach Bedarf einer Verarbeitung in der Art einer Speckleverarbeitung unterzogen und dem Benutzer der Strömungsraten-Messvorrichtung 1 bereitgestellt. Der Benutzer der Strömungsraten-Messvorrichtung 1 spezifiziert die Position einer Leitung (beispielsweise eines Blutgefäßes, eines Lymphgefäßes und dergleichen), durch welche das lichtstreuende Fluid strömt, mit Bezug auf ein solches Bild.
Ferner ist der Liniensensor 145 an einer Position bereitgestellt, die zur Bildposition des Flächensensors 143 konjugiert ist. Der Liniensensor 145 ist an einem Haltemechanismus installiert, der in seiner Ebene in X-, Y- und θ-Richtung beweglich ist. Ähnlich 14 ermöglicht ein solcher Haltemechanismus das Bewegen des Liniensensors 145 zu der Position, die der vom Benutzer der Strömungsraten-Messvorrichtung 1 spezifizierten Leitungsposition entspricht. Die Strömungsrate des lichtstreuenden Fluids wird durch Analysieren vom vorstehend beschriebenen Liniensensor 145 erhaltener Specklesignale spezifiziert.
Die Abbildungseinheit 10 gemäß der Ausführungsform wurde vorstehend detailliert beschrieben.
[Konfiguration der Rechenverarbeitungseinheit 20]
Ein Beispiel der Konfiguration der Rechenverarbeitungseinheit 20 gemäß der Ausführungsform wird nun detailliert mit Bezug auf 16 beschrieben.
Wie in 16 schematisch dargestellt ist, weist die Rechenverarbeitungseinheit 20 gemäß der Ausführungsform hauptsächlich eine Abbildungssteuereinheit 201, eine Strömungsraten-Berechnungseinheit 203, eine Anzeigesteuereinheit 205 und eine Speichereinheit 207 auf.
Die Abbildungssteuereinheit 201 ist beispielsweise durch eine Zentralverarbeitungseinheit (CPU), einen Nurlesespeicher (ROM), einen Direktzugriffsspeicher (RAM), eine Kommunikationsvorrichtung und dergleichen implementiert. Die Abbildungssteuereinheit 201 ist eine Verarbeitungseinheit, welche die Abbildungsverarbeitung von Specklemustern an der Abbildungseinheit 10 umfassend steuert. Die Abbildungssteuereinheit 201 steuert die Abbildungseinheit 10, um beispielsweise die Anwendungszeit von Laserlicht und die Abbildungsbedingungen (Belichtungszeit ET, Abbildungsintervall Δt und Pixelposition des zu verwendenden Sensors) der Abbildungsvorrichtung 103 so einzustellen, dass ein gewünschter Zustand erreicht wird. Dies ermöglicht eine Abbildung mit einer hohen Bildwiederholungsrate, wie in 5 dargestellt ist.
Ferner kann die Abbildungssteuereinheit 201 dem Benutzer der Strömungsraten-Messvorrichtung 1 auch Informationen beispielsweise in Bezug auf von der Abbildungseinheit 10 festgelegte Abbildungsbedingungen und beispielsweise verschiedene von der Abbildungseinheit 10 erhaltene Bilder über die später beschriebene Anzeigesteuereinheit 205 bereitstellen.
Die Strömungsraten-Berechnungseinheit 203 ist beispielsweise durch eine CPU, einen ROM, einen RAM und dergleichen implementiert. Die Strömungsraten-Berechnungseinheit 203 berechnet die Strömungsrate (d. h. die Richtung und die Geschwindigkeit der Strömung) des interessierenden lichtstreuenden Fluids beim vorstehend beschriebenen Verfahren unter Verwendung von wenigstens zwei von der Abbildungseinheit 10 erhaltenen Specklebildern. Ferner kann die Strömungsraten-Berechnungseinheit 203 gemäß der Ausführungsform verschiedene Teile einer bekannten Vorverarbeitung in der Art einer Empfindlichkeitskorrektur eines Bilds und einer Dunkelwertkorrektur eines Bilds vor der Strömungsraten-Berechnungsverarbeitung für das lichtstreuende Fluid ausführen.
Die Strömungsraten-Berechnungseinheit 203 stellt dem Benutzer der Strömungsraten-Messvorrichtung 1 die berechneten Informationen in Bezug auf die Strömungsrate des lichtstreuenden Fluids durch die später beschriebene Anzeigesteuereinheit 205 bereit. Ferner kann die Strömungsraten-Berechnungseinheit 203 dem Benutzer der Strömungsraten-Messvorrichtung 1 Informationen in Bezug auf die berechnete Strömungsrate des lichtstreuenden Fluids durch Ausgabe der Informationen als Sprache bereitstellen.
Die Anzeigesteuereinheit 205 ist beispielsweise durch eine CPU, einen ROM, einen RAM, eine Ausgabevorrichtung und dergleichen implementiert. Die Anzeigesteuereinheit 205 führt eine Anzeigesteuerung in einem Fall aus, in dem verschiedene von der Abbildungssteuereinheit 201 ausgegebene Informationsbestandteile in Bezug auf die Abbildungseinheit 10 und von der Strömungsraten-Berechnungseinheit 203 ausgegebene Informationen in Bezug auf die Strömungsrate des lichtstreuenden Fluids beispielsweise auf einer Ausgabevorrichtung in der Art einer Anzeige, die in der Strömungsraten-Messvorrichtung 1 bereitgestellt ist, oder einer Ausgabevorrichtung, die außerhalb der Strömungsraten-Messvorrichtung 1 bereitgestellt ist, angezeigt werden. Mit dieser Anordnung kann der Benutzer der Strömungsraten-Messvorrichtung 1 beispielsweise Informationen in Bezug auf die Strömungsrate des lichtstreuenden Fluids sofort erfassen.
Die Speichereinheit 207 ist beispielsweise durch einen RAM, eine Speichervorrichtung oder dergleichen, die in der Rechenverarbeitungseinheit 20 gemäß der Ausführungsform bereitgestellt ist, implementiert. Beispielsweise werden verschiedene Parameter und der Fortschritt der Verarbeitung, die während irgendwelcher Verarbeitungen von der Rechenverarbeitungseinheit 20 gemäß der Ausführungsform gespeichert werden müssen, oder beispielsweise verschiedene Datenbanken und Programme geeignet in der Speichereinheit 207 gespeichert. Beispielsweise können die Abbildungssteuereinheit 201, die Strömungsraten-Berechnungseinheit 203 und die Anzeigesteuereinheit 205 die Lese-/Schreibverarbeitung von Daten in der Speichereinheit 207 frei ausführen.
Ein Beispiel der Funktionen der Rechenverarbeitungseinheit 20 gemäß der Ausführungsform wurde vorstehend beschrieben. Jede der vorstehend beschriebenen Komponenten kann mit einem Element für allgemeine Zwecke und einer Schaltung konfiguriert werden oder mit für die Funktion der jeweiligen Komponente spezialisierter Hardware konfiguriert werden. Ferner kann beispielsweise eine CPU alle Funktionen jeder Komponente implementieren. Folglich kann die zu verwendende Konfiguration entsprechend dem technischen Entwicklungsgrad zu den Zeiten, zu denen die Ausführungsform verwirklicht wird, geeignet geändert werden.
Es sei bemerkt, dass ein Computerprogramm zur Implementation der jeweiligen Funktionen der Rechenverarbeitungseinheit, wie vorstehend gemäß der Ausführungsform beschrieben, erzeugt werden kann und beispielsweise in einem Personalcomputer installiert werden kann. Ferner kann ein computerlesbares Aufzeichnungsmedium, worin ein Computerprogramm gespeichert ist, bereitgestellt werden. Das Aufzeichnungsmedium umfasst beispielsweise eine Magnetplatte, eine optische Scheibe, eine magnetooptische Scheibe, einen Flash-Speicher und dergleichen. Ferner kann das vorstehend beschriebene Computerprogramm beispielsweise durch ein Netz verteilt werden, ohne ein Aufzeichnungsmedium zu verwenden.
[Hardwarekonfiguration der Rechenverarbeitungseinheit 20]
Die Hardwarekonfiguration der Rechenverarbeitungseinheit 20 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird nun detailliert mit Bezug auf 17 beschrieben. 17 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung der Hardwarekonfiguration der Rechenverarbeitungseinheit 20 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
Die Rechenverarbeitungseinheit 20 weist hauptsächlich eine CPU 901, einen ROM 903 und einen RAM 905 auf. Ferner weist die Rechenverarbeitungseinheit 20 einen Host-Bus 907, eine Bridge 909, einen externen Bus 911, eine Schnittstelle 913, eine Eingabevorrichtung 915, eine Ausgabevorrichtung 917, eine Speichervorrichtung 919, ein Laufwerk 921, einen Verbindungsanschluss 923 und eine Kommunikationsvorrichtung 925 auf.
Die CPU 901 wirkt als Rechenverarbeitungsvorrichtung und Steuervorrichtung. Die CPU 901 steuert den gesamten Betrieb in der Rechenverarbeitungseinheit 20 oder einen Teil davon entsprechend verschiedenen auf dem ROM 903, dem RAM 905, der Speichervorrichtung 919 oder einem entfernbaren Aufzeichnungsmedium 927 aufgezeichneten Programmen. Beispielsweise sind von der CPU 901 verwendete Programme und Rechenparameter im ROM 903 gespeichert. Der RAM 905 speichert in erster Linie beispielsweise von der CPU 901 verwendete Programme und Parameter, die bei der Ausführung der Programme geeignet geändert werden. Diese Komponenten sind durch den Host-Bus 907 einschließlich eines internen Busses in der Art eines CPU-Busses miteinander verbunden.
Der Host-Bus 907 ist über die Bridge 909 mit dem externen Bus 911 in der Art eines Peripheriekomponenten-Zwischenverbindungs/Schnittstellen(PCI)-Busses verbunden.
Beispielsweise ist die Eingabevorrichtung 915 ein vom Benutzer betätigtes Bedienungsmittel in der Art einer Maus, einer Tastatur, eines Berührungsfelds, einer Taste, eines Schalters und eines Hebels. Ferner kann die Eingabevorrichtung 915 beispielsweise eine Fernsteuereinrichtung (so genannte Fernsteuerung) unter Verwendung von Infrarotstrahlen oder anderen Funkwellen oder ein externes Verbindungsinstrument 929 in der Art eines Mobiltelefons und eines PDA aufweisen, um die Rechenverarbeitungseinheit 20 zu bedienen. Überdies weist die Eingabevorrichtung 915 beispielsweise eine Eingabesteuerschaltung auf, die ein Eingangssignal auf der Grundlage vom Benutzer unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Bedienungsmittels eingegebener Informationen erzeugt und das Eingangssignal an die CPU 901 und dergleichen ausgibt. Der Benutzer der Rechenverarbeitungseinheit 20 kann verschiedene Datenbestandteile in die Rechenverarbeitungseinheit 20 eingeben und durch Betätigen der Eingabevorrichtung 915 einen Befehl zur Ausführung einer Verarbeitungsoperation erteilen.
Die Ausgabevorrichtung 917 umfasst eine Vorrichtung, die in der Lage ist, den Benutzer der erfassten Informationen visuell oder auditiv zu benachrichtigen. Eine solche Vorrichtung umfasst Anzeigevorrichtungen, Sprachausgabevorrichtungen, Druckervorrichtungen, Mobiltelefone, Faxgeräte und dergleichen. Die Anzeigevorrichtungen umfassen CRT-Anzeigevorrichtungen, Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen, Plasmaanzeigevorrichtungen, EL-Anzeigevorrichtungen, Lampen und dergleichen. Die Sprachausgabevorrichtungen umfassen Lautsprecher, Kopfhörer und dergleichen. Beispielsweise gibt die Ausgabevorrichtung 917 Ergebnisse aus, die von verschiedenen von der Rechenverarbeitungseinheit 20 ausgeführten Verarbeitungsbestandteilen erhalten wurden. Insbesondere zeigt die Anzeigevorrichtung die Ergebnisse, die von verschiedenen von der Rechenverarbeitungseinheit 20 ausgeführten Verarbeitungsbestandteilen erhalten wurden, in Text oder Bildern an. Demgegenüber wandelt die Sprachausgabevorrichtung ein Audiosignal in ein Analogsignal um und gibt das Signal aus. Das Audiosignal weist beispielsweise wiedergegebene Sprachdaten und akustische Daten auf.
Die Speichervorrichtung 919 ist als ein Beispiel einer Speichereinheit der Rechenverarbeitungseinheit 20 ausgelegt und speichert Daten. Die Speichervorrichtung 919 umfasst beispielsweise eine Magnetspeichervorrichtung in der Art eines Festplattenlaufwerks (HDD), eine Halbleiter-Speichervorrichtung, eine optische Speichervorrichtung, eine magnetooptische Speichervorrichtung oder dergleichen. Die Speichervorrichtung 919 speichert beispielsweise von der CPU 901 ausgeführte Programme, verschiedene Datenbestandteile und verschiedene von außen erhaltene Datenbestandteile.
Das Laufwerk 921 ist ein Lese-/Schreibgerät für ein Aufzeichnungsmedium und ist in die Rechenverarbeitungseinheit 20 aufgenommen oder außerhalb dieser angebracht. Das Laufwerk 921 liest im angebrachten entfernbaren Aufzeichnungsmedium 927 aufgezeichnete Informationen und gibt die Informationen an den RAM 905 aus. Das entfernbare Aufzeichnungsmedium 927 umfasst beispielsweise eine Magnetplatte, eine optische Scheibe, eine magnetooptische Scheibe und einen Halbleiterspeicher. Ferner kann das Laufwerk 921 einen Datensatz in das entfernbare Aufzeichnungsmedium 927 in der Art einer Magnetplatte, einer optischen Scheibe, einer magnetooptischen Scheibe und eines Halbleiterspeichers schreiben. Das entfernbare Aufzeichnungsmedium 927 umfasst beispielsweise ein DVD-Medium, ein HD-DVD-Medium, ein Bluray(eingetragenes Warenzeichen)-Medium und dergleichen. Ferner kann das entfernbare Aufzeichnungsmedium 927 beispielsweise einen CompactFlash (CF) (eingetragenes Warenzeichen), einen Flash-Speicher und eine Secure-Digital(SD)-Speicherkarte umfassen. Ferner kann das entfernbare Aufzeichnungsmedium 927 beispielsweise eine Chipkarte (IC-Karte) mit einem sich auf der Platine befindenden kontaktfreien IC-Chip, ein elektronisches Gerät und dergleichen umfassen.
Der Verbindungsanschluss 923 wird zur direkten Verbindung eines Instruments mit der Rechenverarbeitungseinheit 20 verwendet. Beispiele für den Verbindungsanschluss 923 umfassen einen Universeller-Serieller-Bus(USB)-Anschluss, einen IEEE-1394-Anschluss, einen Kleincomputersystem-Schnittstellen(SCSI)-Anschluss und dergleichen. Andere Beispiele für den Verbindungsanschluss 923 umfassen einen RS-232C-Anschluss, einen optischen Audioanschluss, einen High-Definition-Multi-media-Interface(HDMI)(eingetragenes Warenzeichen)-Anschluss und dergleichen. Die Rechenverarbeitungseinheit 20 erhält verschiedene Datenbestandteile direkt vom externen Verbindungsinstrument 929 oder stellt dem externen Verbindungsinstrument 929 durch Verbinden des externen Verbindungsinstruments 929 mit dem Verbindungsanschluss 923 verschiedene Datenbestandteile bereit.
Die Kommunikationsvorrichtung 925 ist eine Kommunikationsschnittstelle, die beispielsweise eine Kommunikationsvorrichtung zur Verbindung mit einem Kommunikationsnetz 931 aufweist. Die Kommunikationsvorrichtung 925 umfasst beispielsweise ein drahtgebundenes oder drahtloses lokales Netz (LAN), Bluetooth (eingetragenes Warenzeichen), eine Kommunikationskarte für Drahtlos-USB (WUSB) und dergleichen. Ferner kann die Kommunikationsvorrichtung 925 beispielsweise einen Router zur optischen Kommunikation, einen Router für eine asymmetrische digitale Teilnehmerleitung (ADSL) und ein Modem für verschiedene Kommunikationen umfassen. Die Kommunikationsvorrichtung 925 kann Signale und dergleichen beispielsweise auf dem Internet oder zu und von einem anderen Kommunikationsinstrument beispielsweise gemäß einem vorgegebenen Protokoll in der Art von TCP/IP senden und empfangen. Ferner umfasst das mit der Kommunikationsvorrichtung 925 verbundene Kommunikationsnetz 931 beispielsweise ein drahtgebunden oder drahtlos angeschlossenes Netz. Das Kommunikationsnetz 931 kann beispielsweise das Internet, ein Heim-LAN, Infrarotkommunikation, Funkwellenkommunikation, Satellitenkommunikation und dergleichen umfassen.
Vorstehend wurde ein Beispiel der Hardwarekonfiguration, wodurch die Funktionen der Rechenverarbeitungseinheit 20 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung implementiert werden können, beschrieben. Jede der vorstehend beschriebenen Komponenten kann ein Element oder Hardware für allgemeine Zwecke, das oder die in der Funktion der jeweiligen Komponente spezialisiert ist, aufweisen. Folglich kann die zu verwendende Hardwarekonfiguration entsprechend dem technischen Entwicklungsgrad zu den Zeiten, zu denen die Ausführungsform verwirklicht wird, geeignet geändert werden.
[Variation der Strömungsraten-Messvorrichtung]
Die vorstehend beschriebene Strömungsraten-Messvorrichtung 1 weist eine Abbildungseinheit 10 und eine Rechenverarbeitungseinheit 20 auf. Eine getrennte Abbildungseinheit 10, die in der Lage ist, ein Specklebild unter der in 5 dargestellten Abbildungsbedingung zu erzeugen, stellt eine Variation der Strömungsraten-Messvorrichtung gemäß der Ausführungsform dar. Es kann eine Strömungsraten-Messvorrichtung, welche die Rechenverarbeitungseinheit 20 aufweist, die eine Strömungsraten-Berechnungsverarbeitung unter Verwendung des von der vorstehend beschriebenen Abbildungseinheit 10 erfassten Specklebilds ausführt, verwirklicht werden. Eine Variation der Strömungsraten-Messvorrichtung gemäß der Ausführungsform wird nachstehend kurz beschrieben.
Beispielsweise erfasst die vorstehend beschriebene Strömungsraten-Messvorrichtung 3, wie in 18 dargestellt, ein Specklebild von der außen bereitgestellten Abbildungseinheit 10 und führt auf der Grundlage des erfassten Specklebilds eine Strömungsraten-Berechnungsverarbeitung aus. Die vorstehend beschriebene Strömungsraten-Messvorrichtung 3 weist die Rechenverarbeitungseinheit 20 auf, die mit der Strömungsraten-Berechnungseinheit 203, einer Anzeigesteuereinheit 205 und einer Speichereinheit 207 versehen ist.
In der außen bereitgestellten Abbildungseinheit 10 steuert eine Abbildungssteuervorrichtung 30 beispielsweise Abbildungsbedingungen. Die Abbildungssteuervorrichtung 30 weist eine Abbildungssteuereinheit 301 mit ähnlichen Funktionen wie die Abbildungssteuereinheit 201 gemäß der Ausführungsform auf.
Die Strömungsraten-Berechnungseinheit 203 der Strömungsraten-Messvorrichtung 3 erfasst wenigstens zwei Specklebilder von der Abbildungseinheit 10 und berechnet die Strömungsrate des lichtstreuenden Fluids ähnlich wie vorstehend beschrieben. In Bezug auf die Strömungsrate des lichtstreuenden Fluids erhaltene Informationen werden einem Benutzer der Strömungsraten-Messvorrichtung 3 durch die Anzeigesteuereinheit 205 bereitgestellt.
Eine Variation der Strömungsraten-Messvorrichtung gemäß der Ausführungsform wurde vorstehnd kurz mit Bezug auf 18 beschrieben.
Beispiel
Das Strömungsraten-Messverfahren und die Strömungsraten-Messvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung werden nachstehend mit Bezug auf Beispiele spezifisch beschrieben. Es sei bemerkt, dass nachstehend lediglich Beispiele des Strömungsraten-Messverfahrens und der Strömungsraten-Messvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung beschrieben werden und dass das Strömungsraten-Messverfahren und die Strömungsraten-Messvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung nicht auf die folgenden Beispiele beschränkt sind.
(Beispiel 1)
Beim Beispiel wurde die Strömungsrate von Blut unter Verwendung eines Pseudoblutgefäßes und einer Tierblutströmung gemessen, um eine Situation zu simulieren, in der der Strömungszustand von Blut unter Konzentration auf das Blutgefäß eines Patienten, der einer Operation unterzogen wird, beobachtet wird.
In der Strömungsraten-Messvorrichtung 1 wurde eine Laserlichtquelle, wie in 11 dargestellt, als Laserlichtquelle 101 der Abbildungseinheit 10 verwendet. Bei einer solchen Laserlichtquelle wurde ein Halbleiterlaser mit einer Wellenlänge von 823 nm, einer Ausgangsleistung von 150 mW, einer transversalen TEM₀₀-Mode und einer longitudinalen Multimode als Laserdiode 111 verwendet. Ein Strahl wurde durch den Kollimator 113 und das anamorphe Prismenpaar 117 gebildet. Laserlicht wurde vom Kopplungsanschluss 121 in eine einmodige optische Faser eingeleitet. Das Laserlicht, das von der optischen Faser emittiert wurde, trat in eine Linienerzeugungs-Projektionslinse ein, um lineares Beleuchtungslicht zu erzeugen, und wurde auf eine Probe angewendet.
Die Strömungsrate des durch einen Strömungsweg im Blutgefäßphantom fließenden Tierbluts wurde unter Verwendung des Blutphantoms, wie in 19 dargestellt, gemessen. Das in 19 dargestellte Blutgefäßphantom wies Harz mit einem äquivalenten Streukoeffizienten und einem äquivalenten Absorptionskoeffizienten, die so ausgelegt sind, dass sie jenen einer Innenwand eines menschlichen Magens entsprechen, auf. Ein Strömungsweg, in dem Blut strömen kann, ist im Blutgefäßphantom ausgebildet. Der Strömungsweg ist in einer Tiefe von 0,2 mm von der Beobachtungsoberfläche ausgebildet und hat einen Querschnitt von 1 mm × 1 mm. Schweineblut wurde zur Beobachtung durch eine Pumpe mit einer Geschwindigkeit von 1 mm/s durch den Strömungsweg strömen gelassen. Die Beobachtung erfolgte durch Anwenden von Laserlicht von der Oberseite des Blutgefäßphantoms und Abbilden des diffus reflektierten Lichts mit der darüber angeordneten Abbildungsvorrichtung 103.
Eine allgemeine Kameralinse wurde als Abbildungsvorrichtung 103 verwendet. Die Abbildungsvorrichtung 103 hatte einen Arbeitsabstand von 200 mm, einen F-Wert von 8 und eine Bildvergrößerung von etwa 0,6. Das Abbildungselement in der Abbildungsvorrichtung 103 ist ein Bayer-Array-Rohling-Shutter-Farb-CMOS-Sensor (Flächensensor) mit einer Pixelgröße von 1,85 µm im Quadrat und 2080 × 4096 effektiven Pixeln.
An einem von der Abbildungsvorrichtung 103 erhaltenen Specklebild wurden eine bekannte Empfindlichkeitskorrekturverarbeitung und Dunkelwert-Korrekturverarbeitung ausgeführt, und es wurde die Strömungsrate berechnet.
Es sei bemerkt, dass gemäß der Ausführungsform nur eine an der 1024ten Linie in vertikaler Richtung des Flächensensors positionierte Pixelgruppe ähnlich wie in den 6A und 7 mit einer Linie abgetastet wurde. Mit dieser Anordnung wurde ein eindimensionales Specklebild kontinuierlich mit einer Bildwiederholungsrate von 109,5 kHz erfasst.
Eine frühere Messung hatte gezeigt, dass die Zeit, bis die Korrelation zwischen Specklemustern verschwindet (d. h. die Zeit bis zum Verschwinden der räumlichen Korrelation) in der Probe 10 bis 100 µs beträgt. Bei der vorstehend beschriebenen Bildwiederholungsrate wird eine Zeit, die kürzer ist als die Zeit bis zum Verschwinden der räumlichen Korrelation, als Belichtungszeit definiert und kann eine kontinuierliche Abbildung mit einem Zeitintervall ausgeführt werden, das kürzer ist als die Zeit bis zum Verschwinden der räumlichen Korrelation.
20 zeigt gemeinsam ein Specklebildsignal an einer Strömungswegposition des ersten Frames, ein Specklebildsignal des zweiten Frames und ein Specklebildsignal des sechsten Frames, die durch eine solche Messung erfasst werden. In 20 gibt die horizontale Achse die Pixelnummer an. Blut strömt von links nach rechts (d. h. von der Seite einer kleinen Pixelnummer zur Seite einer hohen Pixelnummer).
Die Specklebildsignale des zweiten und des sechsten Frames entsprechen Lichtintensitätssignalen in Blutströmungsrichtung, die nach 9,13 Mikrosekunden bzw. 45,7 Mikrosekunden abgebildet werden, wobei die Abbildungszeit des ersten Frames als Standard definiert wird. 21 zeigt ein durch Berechnung eines Autokorrelationskoeffizienten des Specklebilds des ersten Frames und eines Kreuzkorrelationskoeffizienten zwischen dem Specklebild des ersten Frames und dem Specklebild des zweiten oder sechsten Frames erhaltenes Ergebnis. Die Identifikation der Blutströmungsrichtung anhand Rohdaten eines Specklebildsignals, wie in 20 dargestellt, ist schwierig. Bei Betrachtung der Auftragung des Autokorrelationskoeffizienten, wie in 21 dargestellt, zeigt sich, dass sich die Position der Spitze des Korrelationskoeffizienten etwas in Strömungsrichtung in Bezug auf die Pixelposition der horizontalen Achse bewegt.
Dieses Ergebnis zeigt, dass Blut in der Richtung von der Seite kleiner Pixelnummern zur Seite hoher Pixelnummern strömt. Die erhaltene Blutströmungsgeschwindigkeit betrug 16,7 mm/s.
(Beispiel 2)
Auch bei diesem Beispiel wurde die Strömungsrate von Blut unter Verwendung eines Pseudoblutgefäßes und einer Tierblutströmung gemessen, um eine Situation zu simulieren, in der der Strömungszustand von Blut unter Konzentration auf das Blutgefäß eines Patienten, der einer Operation unterzogen wird, beobachtet wird.
In der Strömungsraten-Messvorrichtung 1 wurde ein Halbleiterlaser mit einem externen Resonator mit einer Wellenlänge von 800 nm, einer Ausgangsleistung von 200 mW, einer transversalen TEM₀₀-Mode und einer longitudinalen Mode mit einer einzigen Frequenz als Laserlichtquelle 101 der Abbildungseinheit 10 verwendet. Ein Strahl wurde durch einen Strahlaufweiter gebildet, und er wurde durch eine Projektionslinse auf eine Probe angewendet.
Es wurde eine Probe ähnlich wie in Beispiel 1 verwendet. Schweineblut wurde zur Beobachtung durch eine Pumpe mit einer Geschwindigkeit von 1 mm/s durch den gebildeten Strömungsweg Strömen gelassen. Die Beobachtung erfolgte durch Anwenden von Laserlicht von der Oberseite des Blutgefäßphantoms und Abbilden des diffus reflektierten Lichts mit der darüber angeordneten Abbildungsvorrichtung.
Eine allgemeine Kameralinse wurde als Abbildungsvorrichtung 103 verwendet. Die Abbildungsvorrichtung 103 hatte einen Arbeitsabstand von 200 mm, einen F-Wert von 8 und eine Bildvergrößerung von etwa 0,6. Das Abbildungselement in der Abbildungsvorrichtung 103 ist ein Bayer-Array-Rohling-Shutter-Farb-CMOS-Sensor (Flächensensor) mit einer Pixelgröße von 1,85 µm im Quadrat und 2080 × 4096 effektiven Pixeln.
Beim in 22 dargestellten Beispiel wurde ein zweidimensionales Specklebild durch Ausführen einer Belichtung für nur 9,13 Mikrosekunden alle 9,13 Mikrosekunden (d. h. ET = Δt = 9,13 µs) durch eine Linie in vertikaler Richtung erfasst. In 22 repräsentiert die vertikale Achse die Anzahl der in vertikaler Richtung zu belichtenden horizontalen Pixellinien und repräsentiert die horizontale Achse die Zeit. Die schraffierten Rechtecke in der Zeichnung geben die Belichtungszeit an.
Am von der Abbildungsvorrichtung 103 erhaltenen Specklebild wurden eine bekannte Empfindlichkeitskorrekturverarbeitung und Dunkelwert-Korrekturverarbeitung ausgeführt, und der Kreuzkorrelationskoeffizient eines Signalprofils in horizontaler Richtung wurde für jede der benachbarten Linien berechnet.
23 zeigt jeweils den Autokorrelationskoeffizienten des Signalprofils der 1024ten Linie und den Kreuzkorrelationskoeffizienten zwischen dem Signalprofil der 1024ten Linie und dem Signalprofil der 1025ten Linie. Wie in 23 dargestellt ist, zeigt sich, dass sich die Position der Spitze des Korrelationskoeffizienten etwas in Strömungsrichtung in Bezug auf die Pixelposition der horizontalen Achse bewegt.
Dieses Ergebnis zeigt, dass Blut in der Richtung von der Seite kleiner Pixelnummern zur Seite hoher Pixelnummern strömt. Die erhaltene Blutströmungsgeschwindigkeit betrug 16,7 mm/s.
Wenngleich die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung vorstehend detailliert mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben wurde, ist der technische Geltungsbereich der vorliegenden Offenbarung nicht auf ein solches Beispiel beschränkt. Es ist offensichtlich, dass Durchschnittsfachleuten auf dem Gebiet der vorliegenden Offenbarung verschiedene Abänderungen oder Modifikationen einfallen werden, die innerhalb des in den Ansprüchen dargelegten Schutzumfangs der technischen Gedanken liegen. Es ist zu verstehen, dass diese Abänderungen oder Modifikationen natürlich in den technischen Geltungsbereich der vorliegenden Offenbarung fallen.
Ferner sind die hier beschriebenen Wirkungen lediglich als erläuternd oder beispielhaft und nicht als einschränkend anzusehen. Demgemäß kann die Technik gemäß der vorliegenden Offenbarung andere Wirkungen aufweisen, die Fachleuten anhand der Beschreibung der vorliegenden Patentschrift zusammen mit den vorstehend beschriebenen Wirkungen oder an Stelle dieser offensichtlich sind.
Es sei bemerkt, dass die nachstehend beschriebenen Konfigurationen auch in den technischen Geltungsbereich der vorliegenden Offenbarung fallen.

(1) Strömungsraten-Messverfahren, welches Folgendes aufweist:
- Erzeugen von wenigstens zwei Specklebildern durch kontinuierliches Abbilden eines zu messenden lichtstreuenden Fluids, während eine Zeit, die kürzer als die Zeit bis zum Verschwinden der räumlichen Korrelation ist, welche der Zeit entspricht, in der die räumliche Korrelation zwischen vom lichtstreuenden Fluid erzeugten Specklemustern verschwindet, als Belichtungszeit definiert wird, bei einem Zeitintervall, das kürzer als die Zeit bis zum Verschwinden der räumlichen Korrelation ist, und
- Berechnen der Richtung und der Geschwindigkeit der Strömung des lichtstreuenden Fluids anhand einer zeitlichen Variation der Specklemuster zwischen den wenigstens zwei Specklebildern,
- wobei die Specklebilder unter Verwendung einer Abbildungsvorrichtung, an der ein Flächensensor angebracht ist, und einer Pixelgruppe eines Teils des Flächensensors oder unter Verwendung einer Abbildungsvorrichtung, an der ein Liniensensor angebracht ist, erzeugt werden.
(2) Strömungsraten-Messverfahren nach (1), wobei sich das lichtstreuende Fluid innerhalb einer in einer vorgegebenen Richtung verlaufenden Leitung bewegt und die Specklebilder erzeugt werden, wobei die Abtastrichtung eines für die Abbildung verwendeten Sensors in hohem Maße die Verlaufsrichtung der Leitung überlappt.
(3) Strömungsraten-Messverfahren nach (1) oder (2), wobei eine Kreuzkorrelation zwischen räumlichen Verteilungen von Specklebildern, die unter Verwendung der wenigstens zwei Specklebilder berechnet wird, als Index verwendet wird, der die zeitliche Variation der Specklemuster in Zusammenhang mit der Bewegung des lichtstreuenden Fluids repräsentiert, und die Richtung und Geschwindigkeit der Strömung des lichtstreuenden Fluids auf der Grundlage der Kreuzkorrelation zwischen räumlichen Verteilungen von Specklebildern berechnet werden.
(4) Strömungsraten-Messverfahren nach (3), wobei die Geschwindigkeit des lichtstreuenden Fluids berechnet wird, während die Verschiebungsrichtung eines Spitzenwerts der Kreuzkorrelation zwischen räumlichen Verteilungen von Specklebildern auf der Grundlage des Verschiebungsbetrags des Spitzenwerts, der Größe eines Pixels im Sensor und des Zeitintervalls als Strömungsrichtung des lichtstreuenden Fluids definiert wird.
(5) Strömungsraten-Messverfahren nach einem von (1) bis (4), wobei das lichtstreuende Fluid linear mit von einer Laserlichtquelle emittiertem Laserlicht beleuchtet wird.
(6) Strömungsraten-Messverfahren nach einem von (1) bis (5), wobei das lichtstreuende Fluid Blut oder eine Körperflüssigkeit, das oder die in einem lebenden Körper strömt, umfasst.
(7) Strömungsraten-Messvorrichtung, welche Folgendes aufweist:
- eine Laserlichtquelle, die dafür ausgelegt ist, eine vorgegebene Laserlichtwellenlänge auf zu messendes lichtstreuendes Fluid anzuwenden,
- eine Abbildungsvorrichtung, die dafür ausgelegt ist, wenigstens zwei Specklebilder durch kontinuierliches Abbilden des lichtstreuenden Fluids zu erzeugen, während eine Zeit, die kürzer als die Zeit bis zum Verschwinden der räumlichen Korrelation ist, welche der Zeit entspricht, in der die räumliche Korrelation zwischen vom lichtstreuenden Fluid erzeugten Specklemustern verschwindet, als Belichtungszeit definiert wird, bei einem Zeitintervall, das kürzer als die Zeit bis zum Verschwinden der räumlichen Korrelation ist, und
- eine Rechenverarbeitungseinheit, die dafür aus-gelegt ist, die Richtung und die Geschwindigkeit der Strömung des lichtstreuenden Fluids anhand der zeitlichen Variation der Specklemuster zwischen den wenigstens zwei Specklebildern zu berechnen,
- wobei die Specklebilder unter Verwendung einer Abbildungsvorrichtung, an der ein Flächensensor angebracht ist, als Abbildungsvorrichtung und einer Pixelgruppe eines Teils des Flächensensors oder unter Verwendung einer Abbildungsvorrichtung, an der ein Liniensensor angebracht ist, als Abbildungsvorrichtung erzeugt werden.
(8) Strömungsraten-Messvorrichtung, welche eine Rechenverarbeitungseinheit aufweist, die dafür ausgelegt ist, die Richtung und Geschwindigkeit der Strömung des lichtstreuenden Fluids anhand der zeitlichen Variation von Specklemustern zwischen wenigstens zwei Specklebildern unter Verwendung der wenigstens zwei Specklebilder zu berechnen, die durch kontinuierliches Abbilden des zu messenden lichtstreuenden Fluids, worauf die vorgegebene Laserlichtwellenlänge angewendet wird, erzeugt werden, während eine Zeit, die kürzer als die Zeit bis zum Verschwinden der räumlichen Korrelation ist, welche der Zeit entspricht, in der die räumliche Korrelation zwischen vom lichtstreuenden Fluid erzeugten Specklemustern verschwindet, als Belichtungszeit definiert wird, bei einem Zeitintervall, das kürzer als die Zeit bis zum Verschwinden der räumlichen Korrelation ist, und wobei die Rechenverarbeitungseinheit Objekte als die wenigstens zwei Specklebilder verwendet, die unter Verwendung einer Abbildungsvorrichtung, an der ein Flächensensor angebracht ist, und einer Pixelgruppe eines Teils des Flächensensors oder unter Verwendung einer Abbildungsvorrichtung, an der ein Liniensensor angebracht ist, erzeugt werden.
(9) Programm, das einen Computer veranlasst, eine Rechenverarbeitungsfunktion zu implementieren, bei der die Richtung und die Geschwindigkeit der Strömung eines lichtstreuenden Fluids anhand der zeitlichen Variation von Specklemustern zwischen wenigstens zwei Specklebildern unter Verwendung der wenigstens zwei Specklebilder berechnet werden, die durch kontinuierliches Abbilden des zu messenden lichtstreuenden Fluids, worauf eine vorgegebene Laserlichtwellenlänge angewendet wird, erzeugt werden, während eine Zeit, die kürzer als die Zeit bis zum Verschwinden der räumlichen Korrelation ist, welche der Zeit entspricht, in der die räumliche Korrelation zwischen vom lichtstreuenden Fluid erzeugten Specklemustern verschwindet, als Belichtungszeit definiert wird, bei einem Zeitintervall, das kürzer als die Zeit bis zum Verschwinden der räumlichen Korrelation ist, wobei die Rechenverarbeitungsfunktion Objekte als die wenigstens zwei Specklebilder verwendet, die unter Verwendung einer Abbildungsvorrichtung, an der ein Flächensensor angebracht ist, und einer Pixelgruppe eines Teils des Flächensensors oder unter Verwendung einer Abbildungsvorrichtung, an der ein Liniensensor angebracht ist, erzeugt werden.

Bezugszeichenliste

1, 3: Strömungsraten-Messvorrichtung
10: Abbildungseinheit
20: Rechenverarbeitungseinheit
30: Abbildungssteuervorrichtung
101: Laserlichtquelle
103: Abbildungsvorrichtung
111: Laserdiode
113: Kollimator
115: Isolator
117: anamorphes Prismenpaar
119: λ/2-Wellenlängenplatte
121: Kopplungsanschluss
131: Abbildungslinse
133, 143: Flächensensor
135: Dove-Prisma
141: optische Linse
145: Liniensensor
201, 301: Abbildungssteuereinheit
203: Strömungsraten-Berechnungseinheit
205: Anzeigesteuereinheit
207: Speichereinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2016005525 [0003]

Claims

Strömungsraten-Messverfahren, welches Folgendes umfasst: Erzeugen von wenigstens zwei Specklebildern durch kontinuierliches Abbilden eines zu messenden lichtstreuenden Fluids, während eine Zeit, die kürzer als die Zeit bis zum Verschwinden der räumlichen Korrelation ist, welche der Zeit entspricht, in der die räumliche Korrelation zwischen vom lichtstreuenden Fluid erzeugten Specklemustern verschwindet, als Belichtungszeit definiert wird, bei einem Zeitintervall, das kürzer als die Zeit bis zum Verschwinden der räumlichen Korrelation ist, und Berechnen der Richtung und der Geschwindigkeit der Strömung des lichtstreuenden Fluids anhand einer zeitlichen Variation der Specklemuster zwischen den wenigstens zwei Specklebildern, wobei die Specklebilder unter Verwendung einer Abbildungsvorrichtung, an der ein Flächensensor angebracht ist, und einer Pixelgruppe eines Teils des Flächensensors oder unter Verwendung einer Abbildungsvorrichtung, an der ein Liniensensor angebracht ist, erzeugt werden.
Strömungsraten-Messverfahren nach Anspruch 1, wobei sich das lichtstreuende Fluid innerhalb einer in einer vorgegebenen Richtung verlaufenden Leitung bewegt und die Specklebilder erzeugt werden, wobei die Abtastrichtung eines für die Abbildung verwendeten Sensors in hohem Maße die Verlaufsrichtung der Leitung überlappt.
Strömungsraten-Messverfahren nach Anspruch 1, wobei eine Kreuzkorrelation zwischen räumlichen Verteilungen von Specklebildern, die unter Verwendung der wenigstens zwei Specklebilder berechnet wird, als Index verwendet wird, der die zeitliche Variation der Specklemuster in Zusammenhang mit der Bewegung des lichtstreuenden Fluids repräsentiert, und die Richtung und Geschwindigkeit der Strömung des lichtstreuenden Fluids auf der Grundlage der Kreuzkorrelation zwischen räumlichen Verteilungen von Specklebildern berechnet werden.
Strömungsraten-Messverfahren nach Anspruch 3, wobei die Geschwindigkeit des lichtstreuenden Fluids berechnet wird, während die Verschiebungsrichtung eines Spitzenwerts der Kreuzkorrelation zwischen räumlichen Verteilungen von Specklebildern auf der Grundlage des Verschiebungsbetrags des Spitzenwerts, der Größe eines Pixels im Sensor und des Zeitintervalls als Strömungsrichtung des lichtstreuenden Fluids definiert wird.
Strömungsraten-Messverfahren nach Anspruch 1, wobei das lichtstreuende Fluid linear mit von einer Laserlichtquelle emittiertem Laserlicht beleuchtet wird.
Strömungsraten-Messverfahren nach Anspruch 1, wobei das lichtstreuende Fluid Blut oder eine Körperflüssigkeit, das oder die in einem lebenden Körper strömt, aufweist.
Strömungsraten-Messvorrichtung, welche Folgendes umfasst: eine Laserlichtquelle, die dafür ausgelegt ist, eine vorgegebene Laserlichtwellenlänge auf zu messendes lichtstreuendes Fluid anzuwenden, eine Abbildungsvorrichtung, die dafür ausgelegt ist, wenigstens zwei Specklebilder durch kontinuierliches Abbilden des lichtstreuenden Fluids zu erzeugen, während eine Zeit, die kürzer als die Zeit bis zum Verschwinden der räumlichen Korrelation ist, welche der Zeit entspricht, in der die räumliche Korrelation zwischen vom lichtstreuenden Fluid erzeugten Specklemustern verschwindet, als Belichtungszeit definiert wird, bei einem Zeitintervall, das kürzer als die Zeit bis zum Verschwinden der räumlichen Korrelation ist, und eine Rechenverarbeitungseinheit, die dafür ausgelegt ist, die Richtung und die Geschwindigkeit der Strömung des lichtstreuenden Fluids anhand der zeitlichen Variation der Specklemuster zwischen den wenigstens zwei Specklebildern zu berechnen, wobei die Specklebilder unter Verwendung einer Abbildungsvorrichtung, an der ein Flächensensor angebracht ist, als Abbildungsvorrichtung und einer Pixelgruppe eines Teils des Flächensensors oder unter Verwendung einer Abbildungsvorrichtung, an der ein Liniensensor angebracht ist, als Abbildungsvorrichtung erzeugt werden.
Strömungsraten-Messvorrichtung, welche eine Rechenverarbeitungseinheit umfasst, die dafür ausgelegt ist, die Richtung und Geschwindigkeit der Strömung des lichtstreuenden Fluids anhand der zeitlichen Variation von Specklemustern zwischen wenigstens zwei Specklebildern unter Verwendung der wenigstens zwei Specklebilder zu berechnen, die durch kontinuierliches Abbilden des zu messenden lichtstreuenden Fluids, worauf die vorgegebene Laserlichtwellenlänge angewendet wird, erzeugt werden, während eine Zeit, die kürzer als die Zeit bis zum Verschwinden der räumlichen Korrelation ist, welche der Zeit entspricht, in der die räumliche Korrelation zwischen vom lichtstreuenden Fluid erzeugten Specklemustern verschwindet, als Belichtungszeit definiert wird, bei einem Zeitintervall, das kürzer als die Zeit bis zum Verschwinden der räumlichen Korrelation ist, wobei die Rechenverarbeitungseinheit Objekte als die wenigstens zwei Specklebilder verwendet, die unter Verwendung einer Abbildungsvorrichtung, an der ein Flächensensor angebracht ist, und einer Pixelgruppe eines Teils des Flächensensors oder unter Verwendung einer Abbildungsvorrichtung, an der ein Liniensensor angebracht ist, erzeugt werden.
Programm, das einen Computer veranlasst, eine Rechenverarbeitungsfunktion zu implementieren, bei der die Richtung und die Geschwindigkeit der Strömung eines lichtstreuenden Fluids anhand der zeitlichen Variation von Specklemustern zwischen wenigstens zwei Specklebildern unter Verwendung der wenigstens zwei Specklebilder berechnet werden, die durch kontinuierliches Abbilden des zu messenden lichtstreuenden Fluids, worauf eine vorgegebene Laserlichtwellenlänge angewendet wird, erzeugt werden, während eine Zeit, die kürzer als die Zeit bis zum Verschwinden der räumlichen Korrelation ist, welche der Zeit entspricht, in der die räumliche Korrelation zwischen vom lichtstreuenden Fluid erzeugten Specklemustern verschwindet, als Belichtungszeit definiert wird, bei einem Zeitintervall, das kürzer als die Zeit bis zum Verschwinden der räumlichen Korrelation ist, wobei die Rechenverarbeitungsfunktion Objekte als die wenigstens zwei Specklebilder verwendet, die unter Verwendung einer Abbildungsvorrichtung, an der ein Flächensensor angebracht ist, und einer Pixelgruppe eines Teils des Flächensensors oder unter Verwendung einer Abbildungsvorrichtung, an der ein Liniensensor angebracht ist, erzeugt werden.