JP2008142296A - Blood vessel information analyzer and lifestyle-related disease factor inspection method - Google Patents

Blood vessel information analyzer and lifestyle-related disease factor inspection method Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a low cost compact noninvasive blood vessel information analyzer with highly precise detecting result capable of obtaining one kind or more pieces of factor information being indicators of lifestyle-related disease in a short time by a set of light of several wavelength or a plurality of sets of light of single wavelength and a lifestyle-related disease factor inspection method. <P>SOLUTION: The blood vessel information analyzer and the lifestyle-related disease factor information inspection method according to the present invention has a first and a second light sources 2<SB>11</SB>, 2<SB>12</SB>irradiating beams of light of first and second single wave lengths respectively, a light coupling section 3 collecting the beams of light emitted from the light sources 2<SB>11</SB>, 2<SB>12</SB>in series and irradiating the same from an outgoing end to an inspection site in series, an imaging section 4 receiving the reflected light and taking an image of the inspection site, and a control section 5 measuring the strength ratio of image information taken with the first and second beams of light and carrying out blood vessel information analysis, an image filter means 8a detecting the direction and the width of the blood vessel and carrying out anisotropic noise removing processing is arranged in the control section 5. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、数波長で1組、またはこれが複数組になった単波長の光を順に生活習慣病の因子が検査可能な部位に照射して生活習慣病の指標となる因子情報を検出できる非侵襲型の血管情報分析装置と、数波長で1組、またはこれが複数組になった単波長の光を生活習慣病の因子が検査可能な部位に照射して生活習慣病の指標となる因子情報を検出できる非侵襲型の生活習慣病因子検査方法に関する。   The present invention is capable of detecting factor information serving as an index of lifestyle-related diseases by irradiating a set of several wavelengths with a single wavelength or a plurality of sets of single-wavelength light sequentially to sites where factors of lifestyle-related diseases can be examined. Factor information that can be used as an indicator of lifestyle-related diseases by irradiating an invasive blood vessel information analyzer and a single-wavelength set of several wavelengths or multiple sets of single-wavelength light onto sites where lifestyle-related factors can be examined The present invention relates to a non-invasive lifestyle factor testing method capable of detecting urine.

近年、糖尿病患者に代表される生活習慣病患者数は年々増加し続け、本邦で糖尿病の罹患人口は平成15年の厚労省の発表では740万人、その予備群の患者数を含めると2千万人に近づいていると予想されている。糖尿病患者やその他の生活習慣病患者を救うと共に、これを予防し、QOL(Quality of Life)を向上させることが大きな課題となっている。   In recent years, the number of lifestyle-related diseases represented by diabetic patients has been increasing year by year, and the population affected with diabetes in Japan was 7.4 million according to the announcement of the Ministry of Health, Labor and Welfare in 2003. It is expected to approach 10 million people. Along with saving diabetics and other lifestyle-related diseases, preventing them and improving QOL (Quality of Life) has become a major issue.

さて、生活習慣病には様々なものがあるが、例えば高血糖の結果発症する血管障害は毛細血管が多数存在する眼底などに顕著に現れる。その他の部位でも同様の箇所がある。最近この眼底異常の早期診断法として、特徴的な因子情報の1つである酸素飽和度の可視化が試みられている。これは、異なる波長の光源で眼底を照らしたとき、血中ヘモグロビンの分光特性が酸素との結合状態によって異なることを利用するものである。例えば、図11は眼底反射スペクトルの酸素飽和度依存性を示す。これによると545nm、570nm、584nmでは高低の酸素飽和度が一致するが、545nm近傍、例えば539nmや、548nm、577nmでは反射率が異なり、この近傍ではオキシヘモグロビン(酸素血)とデオキシヘモグロビン(脱酸素血)の吸収度の差が大きく、血液の酸素吸収の状態を選択的に検出できることが分かる。さらに、この特性により酸素飽和度の状態を可視化できることが分かる。   There are various lifestyle-related diseases. For example, a vascular disorder that develops as a result of hyperglycemia appears prominently in the fundus where there are many capillaries. There are similar parts in other parts. Recently, as an early diagnosis method for fundus abnormality, visualization of oxygen saturation, which is one of characteristic factor information, has been attempted. This utilizes the fact that the spectral characteristics of blood hemoglobin differ depending on the binding state with oxygen when the fundus is illuminated with light sources of different wavelengths. For example, FIG. 11 shows the oxygen saturation dependence of the fundus reflection spectrum. According to this, high and low oxygen saturation levels are the same at 545 nm, 570 nm, and 584 nm, but the reflectance is different near 545 nm, for example, 539 nm, 548 nm, and 577 nm, and in this vicinity, oxyhemoglobin (oxygen blood) and deoxyhemoglobin (deoxygenated oxygen). It can be seen that the difference in the degree of absorption of blood) is large, and the oxygen absorption state of blood can be selectively detected. Furthermore, it can be seen that the state of oxygen saturation can be visualized by this characteristic.

なお、生活習慣病、例えば糖尿病には、上述した血管障害の目安となる血中酸素飽和度のほかに、血糖値、タンパク質量、脂質量等がある。これらが糖尿病の指標とされる理由を説明すると、糖尿病は慢性的な高血糖状態になり、グルコース(ブドウ糖)の血中濃度が異常に高い状態が継続するようになる。この状態が血管障害を招き合併症を起して視力を喪失させ、腎臓の機能を低下させる。このとき、体内では代謝異常が生じタンパク質、脂肪などが変動するなどの生化学的異常により機能的、組織学的異常を惹起する。例えば血液中には赤血球タンパク、アルブミン、血漿タンパクなどのタンパク質や、中性脂肪(トリグリセライド)、コレステロール、リン脂質、遊離脂肪酸などのいろいろな脂質成分脂質成分が存在している。従って、糖尿患者の血液を検査すると病気が進行前の状態と比較してタンパク質量、脂質量に変化がみられる。また、網膜症の原因因子として重要な増殖因子(VEGFなど)の増加や、後期糖化反応生成物(AGE)の産生亢進による急速な血液中への蓄積が、眼底検査の直接の対象である網膜症、その他の末梢神経障害、その他の循環障害を引き起こすし、細胞に含まれるAGE受容体(RAGE)もAGEとの作用で細胞を老化させる。   Lifestyle-related diseases such as diabetes include blood glucose level, protein amount, lipid amount and the like in addition to the blood oxygen saturation level which is a measure of the vascular disorder described above. Explaining why these are used as indicators of diabetes, diabetes becomes a chronic hyperglycemic state, and the state in which the blood concentration of glucose (glucose) is abnormally high continues. This condition leads to vascular damage, causing complications and loss of visual acuity and reducing kidney function. At this time, metabolic abnormalities occur in the body, and functional and histological abnormalities are caused by biochemical abnormalities such as changes in protein and fat. For example, blood contains various lipid components such as erythrocyte protein, albumin and plasma protein, and various lipid components such as triglycerides, cholesterol, phospholipids and free fatty acids. Therefore, when the blood of a diabetic patient is examined, the amount of protein and the amount of lipid are changed as compared with the state before the disease progresses. In addition, the growth of important growth factors (such as VEGF) as a causative factor of retinopathy and rapid accumulation in the blood due to increased production of late glycation reaction products (AGE) are the direct targets of fundus examination. AGE receptors (RAGE) contained in cells also cause aging of cells by acting with AGE.

従って、上述した血中酸素飽和度、血糖値、タンパク質量、脂質量、細胞の老化などの因子情報に変化があれば、いち早く糖尿病と早期に診断することができ、予防策を講じることが可能になる。高血圧や高脂血症などのその他の生活習慣病でも、それぞれ同様である。これらの因子情報は、血管に光を照射したとき、それぞれに個別の波長で特有の光吸収を示す。このため注目する生活習慣病ごとにそれぞれ個別の波長の光を照射し、照射した部位の光吸収度を検出すれば、この結果に基づいてこの生活習病の進行状況を早期診断することが可能になる。そして、これを臨床現場で利用できれば、従来のカメラのように単なる眼底血管の形状の観察だけではなく、得られた因子情報を使って質の高い診断を行うことができる。そして、これは今後予想される高齢化社会のQOL向上に大きな貢献をするものである。   Therefore, if there is a change in the above-mentioned factors such as blood oxygen saturation, blood glucose level, protein level, lipid level, and cellular aging, diabetes can be diagnosed early and preventive measures can be taken. become. The same applies to other lifestyle-related diseases such as hypertension and hyperlipidemia. These pieces of factor information indicate specific light absorption at each individual wavelength when the blood vessel is irradiated with light. For this reason, it is possible to diagnose the progress of this lifestyle-related disease at an early stage based on this result by irradiating light of individual wavelengths for each lifestyle-related disease of interest and detecting the light absorbance of the irradiated part. become. If this can be used in clinical practice, it is possible not only to simply observe the shape of the fundus blood vessel as in a conventional camera, but also to make a high-quality diagnosis using the obtained factor information. This will greatly contribute to the QOL improvement of the aging society expected in the future.

さて、従来のこうした眼底の可視画像を得る方法としては、光源として白色光源を用い、眼底からの反射、散乱光をフィルターで波長ごとに撮影して分光画像を取得していた。また、同様に白色光源を照射し、光学素子を機械的に掃引して更にこれを高速フーリエ変換し、各波長のスペクトルを得ることも研究されている。なお、光コヒーレンストモグラフィー(OCT)は眼底の深さ方向断面を2mm〜3mmにわたって撮像ができるが、現状では形状や構造のみの可視化に限られており、生活習慣病の因子情報を検出し、その血管を流れる血液の機能イメージを得ることはできない。   As a conventional method for obtaining a visible image of the fundus, a white light source is used as a light source, and reflection and scattered light from the fundus are photographed for each wavelength by a filter to obtain a spectral image. Similarly, it is also studied to obtain a spectrum of each wavelength by irradiating a white light source, mechanically sweeping an optical element, and further performing a fast Fourier transform. Optical coherence tomography (OCT) can capture a cross-section in the depth direction of the fundus over 2 mm to 3 mm, but currently it is limited to visualization of only the shape and structure, detecting the factor information of lifestyle-related diseases, A functional image of blood flowing through blood vessels cannot be obtained.

従来の分光測定装置の一例として、白色コヒーレントパルス電磁波を光源とする分光測定装置が提案されている(特許文献1)。特許文献1で開示されている分光測定装置は、白色コヒーレントパルス電磁波を試料透過(あるいは反射)光の光源として用いると共に、時系列信号をフーリエ変換して分光スペクトルを取得し、これを基盤として時間分解及び/又は空間分解を行い、分光イメージングするものである。誘電体物質を構成要素とする電子素子の製造プロセスで静的誘電率をリアルタイムに自動測定するためのものである。しかし、この分光測定装置の検査対象は、血管情報分析装置が対象とする患者の血管とは検出対象がまったく異なり、装置が大掛かりで医療には不向きなものである。   As an example of a conventional spectroscopic measurement apparatus, a spectroscopic measurement apparatus using a white coherent pulsed electromagnetic wave as a light source has been proposed (Patent Document 1). The spectroscopic measurement device disclosed in Patent Document 1 uses a white coherent pulsed electromagnetic wave as a light source for sample transmission (or reflection) light, and also obtains a spectral spectrum by Fourier-transforming a time-series signal, and using this as a basis, a time spectrum is obtained. Spectral imaging is performed by performing decomposition and / or spatial decomposition. It is for automatically measuring a static dielectric constant in real time in a manufacturing process of an electronic device having a dielectric material as a constituent element. However, the inspection target of this spectroscopic measurement apparatus is completely different from the patient's blood vessel targeted by the blood vessel information analysis apparatus, and the apparatus is large and unsuitable for medical treatment.

これに対し、異なる波長の光で血液を照明することで網膜の血液の酸素化を判断する網膜機能カメラが提案されている(特許文献2)。特許文献2の網膜機能カメラは、第一波長帯の第一光源と、第二波長帯の第二光源とを有し、酸素化血による第一光源帯域の吸収度は第二波長帯の吸収度より大きくかつ脱酸素化血による第一光源帯域の吸収度は第二波長帯の吸収度より小さく、第一光源および第二光源からの光を眼の網膜の一部上に選択的に合焦させる手段と、それぞれの波長帯域で照明された網膜の一部のそれぞれのイメージを作るためのイメージング手段と、このイメージング手段により得られたイメージを精査するための処理手段とを備える。   On the other hand, a retinal function camera that determines blood oxygenation in the retina by illuminating blood with light of different wavelengths has been proposed (Patent Document 2). The retinal function camera of Patent Document 2 has a first light source in the first wavelength band and a second light source in the second wavelength band, and the absorbance of the first light source band by oxygenated blood is absorption in the second wavelength band. The absorbance of the first light source band due to deoxygenated blood is less than that of the second wavelength band, and the light from the first light source and the second light source is selectively combined on a part of the retina of the eye. Means for focusing, imaging means for producing respective images of a portion of the retina illuminated in respective wavelength bands, and processing means for examining the images obtained by the imaging means.

第一光源帯域と第二光源帯域は480nm〜1000nmの間から選択され、酸素血と脱酸素血の吸収度の差が大きい帯域が選択される。例えば、第一光源帯域が実質的に488nm、第二光源帯域が600nm、630nm、635nm、700nmの1つ、第一光源帯域が実質的に635nm、第二光源帯域が830nm、910nmの1つ、などである。450nm〜500nmの青色光と600nm〜805nmの近赤外光とを対比させ、機能イメージを得ることができる。   The first light source band and the second light source band are selected from 480 nm to 1000 nm, and a band having a large difference in absorbency between oxygenated blood and deoxygenated blood is selected. For example, the first light source band is substantially 488 nm, the second light source band is one of 600 nm, 630 nm, 635 nm, and 700 nm, the first light source band is substantially 635 nm, the second light source band is 830 nm, and one of 910 nm, Etc. A functional image can be obtained by comparing blue light of 450 nm to 500 nm with near infrared light of 600 nm to 805 nm.

しかし、特許文献2の網膜機能カメラはスキャンする必要があり、酸素吸収度を測定するカメラでありながら、酸素吸収度を効果的に検出する545nm付近の緑色光についてはその旨の示唆がない。もとより、酸素吸収度以外の生活習慣病の因子を検出できるものではない。さらに、特許文献2の機能カメラでは、測定中眼球が光に反応して動いたり瞳孔が縮小したり、拍動が影響したりして、検査結果にノイズが混入する可能性が高く、このカメラで検出精度を向上させるのは本質的に難しい。   However, the retinal function camera of Patent Document 2 needs to scan, and there is no suggestion of green light around 545 nm that effectively detects oxygen absorption, although it is a camera that measures oxygen absorption. Of course, it is not possible to detect factors of lifestyle-related diseases other than oxygen absorption. Furthermore, in the functional camera of Patent Document 2, there is a high possibility that noise is mixed into the inspection result because the eyeball during measurement moves in response to light, the pupil shrinks, or the pulsation affects. It is inherently difficult to improve detection accuracy.

ところで、ノイズ除去に関し、本発明者らの1人は、既に画像の中から線情報だけを高速に取り出すことができる線集中度画像フィルターを提案している(特許文献3参照)。この線集中度画像フィルターは、画像上の複数の測定点に対して、各測定点を通る探索線の両翼に計測用の一定形状の近傍領域を用意するとともに、該近傍領域内に含まれる複数の近傍点で画像の輝度勾配ベクトルの向きを計測し、近傍点のそれぞれで輝度勾配ベクトルの向きと探索線の方向の差を評価する集中度を計算し、近傍領域内のすべての集中度から測定点に対する線集中度を計算し、該線集中度が極大になったとき探索線に沿って線情報がある旨の判定を行うもので、さらに、輝度勾配ベクトルの向きと探索線の方向をそれぞれ離散化するとともに、予め集中度を基に各測定点で共用できる基礎加算値を計算しておき、輝度勾配ベクトルの向きを計測したときに、探索線の方向ごとに基礎加算値の候補の中から1つを選んで近傍領域内で加算することにより各測定点の線集中度を計算し、該線集中度が極大となったとき探索線の方向に沿って線情報が存在すると推定するものである。   By the way, regarding noise removal, one of the present inventors has already proposed a line concentration degree image filter that can extract only line information from an image at high speed (see Patent Document 3). This line concentration degree image filter provides a plurality of measurement points on the image with a predetermined area for measurement on both wings of the search line passing through each measurement point, and a plurality of areas included in the vicinity area. Measure the direction of the brightness gradient vector of the image at the neighboring points, and calculate the degree of concentration that evaluates the difference between the direction of the brightness gradient vector and the direction of the search line at each of the neighboring points. The line concentration degree for the measurement point is calculated, and when the line concentration degree becomes maximum, it is determined that there is line information along the search line. Further, the direction of the brightness gradient vector and the direction of the search line are determined. In addition to discretizing each, a basic addition value that can be shared at each measurement point based on the degree of concentration is calculated in advance, and when the direction of the luminance gradient vector is measured, a candidate for the basic addition value is determined for each direction of the search line. Choose one from the neighborhood Calculate the linear concentrations of each measurement point by adding the inner is to estimate that the line information along the direction of the search line when 該線 concentration ratio becomes maximum exists.

また、本発明者らの他の1人は、他の研究者と共に緑色を含む狭帯域発振が可能な光ファイバーレーザーを提案している(例えば、非特許文献1、2参照)。   In addition, another one of the inventors of the present invention has proposed an optical fiber laser capable of narrow-band oscillation including green, together with other researchers (for example, see Non-Patent Documents 1 and 2).

特開2003−279412号公報JP 2003-279212 A 特開2005−500870号公報JP 2005-500870 A 特開2005−284697号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2005-284597 岡田他、IEEE J. Photonics Technol. Lett、17(4)、P.759−P.761、2005年Okada et al., IEEE J. Photonics Technol. Lett, 17 (4), P.O. 759-P. 761, 2005 岡田他、J. Luminescence、106、P.187−P.194、2004年Okada et al., J. Luminescence, 106, p. 187-P. 194, 2004

以上説明したように、従来は生活習慣病の一因子である酸素飽和度の可視化が提案されているのにすぎず、しかも可視化にはかなりの時間を要するものであった。そして、分光測定によるため光源の分光輝度が弱くなり、測定結果にノイズが混入してしまう。また、カメラをスキャンする必要があり、装置も大掛かりなものとなっていた。さらに、酸素吸収度を効果的に検出する545nm付近の緑色光を使うことについて、その有効性が認知されていない。そして、酸素吸収度以外の生活習慣病の因子に転用できるものではない。   As described above, the visualization of oxygen saturation, which is a factor of lifestyle-related diseases, has been proposed in the past, and the visualization takes a considerable amount of time. And since it is based on spectroscopic measurement, the spectral luminance of a light source will become weak and noise will mix in a measurement result. In addition, it is necessary to scan the camera, and the apparatus is large. Furthermore, the effectiveness of using green light near 545 nm to effectively detect oxygen absorption has not been recognized. And it cannot be diverted to factors of lifestyle-related diseases other than oxygen absorption.

すなわち、各生活習慣病の原因となる因子は1つに限られず、また、糖尿病、高血圧症、高脂血症、その他の生活習慣病を併発したような場合は、同時に検査すべき因子が多数存在する。そして、眼底の血管撮影法として、従来、血管中に注射することにより蛍光色素を投与する蛍光造影法による撮像が広く利用されているが、人によっては蛍光色素の投与でショック状態を誘引する可能性があり、この方法は患者にとって侵襲度が大きい。   That is, the number of factors that cause each lifestyle-related disease is not limited to one, and there are many factors that should be tested at the same time when diabetes, hypertension, hyperlipidemia, and other lifestyle-related diseases occur together. Exists. As an angiography of the fundus, imaging using a fluorescence contrast method in which a fluorescent dye is administered by injection into a blood vessel has been widely used. However, depending on the person, a shock state can be induced by administration of the fluorescent dye. This method is invasive to the patient.

従って、生活習慣病の様々な因子情報、例えば血中酸素飽和度、血糖値、タンパク質、脂質、血管の老化などを検査することができ、注目する生活習慣病の因子を一因子に止まらず同時に複数因子まで検査することが可能で、検査結果にノイズが少なく、血液が流れる血管から上記因子の状態(血管情報)を高精度に検出できるコンパクトで実用性があり、安価な非侵襲型の血管情報分析装置が開発されることが望まれる。   Therefore, it is possible to examine various factor information of lifestyle-related diseases such as blood oxygen saturation, blood sugar level, protein, lipid, aging of blood vessels, etc. Compact, practical, and inexpensive non-invasive blood vessel that can test up to multiple factors, has low noise in the test results, and can accurately detect the state of the above factors (blood vessel information) from blood vessels through which blood flows It is desirable to develop an information analysis device.

そこで本発明は、数波長で1組、またはこれが複数組になった単波長の光によって短時間に生活習慣病の指標となる一種以上の因子情報を取得することができ、コンパクトで検出結果が高精度の安価な非侵襲型の血管情報分析装置を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention can acquire one or more types of factor information that is an indicator of lifestyle-related diseases in a short time by using a single wavelength of a set of several wavelengths or a plurality of sets of these, and the detection result is compact and has a detection result. An object of the present invention is to provide a highly accurate and inexpensive non-invasive blood vessel information analyzer.

また本発明は、数波長で1組、またはこれが複数組になった単波長の光によって短時間に生活習慣病の指標となる一種以上の因子情報を簡単に取得することができ、検出結果が高精度の非侵襲型の生活習慣病因子情報検査方法を提供することを目的とする。   In addition, the present invention can easily acquire one or more types of factor information that is an index of lifestyle-related diseases in a short time by using a single wavelength of a set of several wavelengths or a plurality of sets of these, and the detection result is An object of the present invention is to provide a highly accurate non-invasive lifestyle factor information inspection method.

本発明の血管情報分析装置は、第1及び第2の単波長の光をそれぞれ照射する第1及び第2の光源と、光源から順に照射された光を集光し出射端から順次検査部位へ照射する光結合部と、この反射光を受光して検査部位を撮像する撮像部と、第1及び第2の光で撮像した画像情報の強度比を測定して血管情報分析を行う制御部とを備え、制御部には、血管の方向と幅を検出して異方性ノイズ除去処理を行う画像フィルター手段が設けられていることを主要な特徴とする。   The blood vessel information analyzer of the present invention collects first and second light sources that irradiate light of first and second single wavelengths, respectively, and light that is emitted sequentially from the light sources, and sequentially from the exit end to the examination site. An optical coupling unit that irradiates; an imaging unit that receives the reflected light and images the examination site; and a control unit that analyzes the blood vessel information by measuring an intensity ratio of the image information captured by the first and second lights. And the control unit is provided with image filter means for detecting the direction and width of the blood vessel and performing anisotropic noise removal processing.

本発明の生活習慣病因子情報検査方法は、第1及び第2の光源からそれぞれ第1及び第2の単波長の光を順に照射し、これを集光して出射端から順次光信号列として検査部位へ照射し、この反射光によって検査部位を撮像して、第1及び第2の光で撮像した画像情報の強度比を基に血管情報分析を行う生活習慣病因子情報検査方法であって、強度比を取得するに当って血管の方向と幅を検出すると共に異方性ノイズ除去処理を行うことを主要な特徴とする。   The lifestyle-related disease factor information inspection method of the present invention sequentially irradiates light of the first and second single wavelengths from the first and second light sources, respectively, condenses them, and sequentially forms an optical signal sequence from the emission end. A lifestyle-related disease factor information inspection method that irradiates an examination site, images the examination site with the reflected light, and performs blood vessel information analysis based on the intensity ratio of image information captured with first and second lights. In obtaining the intensity ratio, the main feature is that the direction and width of the blood vessel are detected and anisotropic noise removal processing is performed.

本発明の血管情報分析装置と生活習慣病因子情報検査方法によれば、検査部位に対して異なる単波長の光を短時間に順次照射するため、検査部位の動き等のノイズを除去することができ、取得した画像情報を基に精緻な血管情報分析を行うことができる。また、光の出射位置と検査部位を一定の位置に配置して、異なった単波長の光ごとに検査部位に合焦点した画像情報を取得するが、画像のコントラスト差と機器等のノイズ混入に影響されずに画像処理で血管を抽出し、血管の方向と幅を検出して血管固有のノイズを異方性ノイズ除去処理によって除去するので、血管情報に含まれる精度の高い生活習慣病の因子情報を得ることができる。   According to the blood vessel information analysis device and the lifestyle-related disease factor information inspection method of the present invention, since light of different single wavelengths is sequentially irradiated in a short time to the examination site, noise such as movement of the examination site can be removed. It is possible to perform precise blood vessel information analysis based on the acquired image information. In addition, the light emission position and the inspection part are arranged at a fixed position, and image information focused on the inspection part is obtained for each light of different single wavelengths. Blood vessels are extracted by image processing without being affected, the direction and width of the blood vessels are detected, and blood vessel-specific noise is removed by anisotropic noise removal processing. Therefore, highly accurate lifestyle-related disease factors included in blood vessel information Information can be obtained.

そして、異なった単波長の光を照射し、各光ごとに画像情報を得て、そのまま画像処理によって分析するため、機械的な走査も分光測定する必要はなく、安価でコンパクト、きわめて簡素な構成で、実用的な非侵襲型の血管情報分析装置にすることができる。このとき、細長い線状構造物を高精度に分析が可能な画像フィルターを提供することもできる。   And, by irradiating light of different single wavelengths, obtaining image information for each light and analyzing it as it is by image processing, there is no need for spectroscopic measurement of mechanical scanning, inexpensive, compact and extremely simple configuration Thus, a practical non-invasive blood vessel information analyzer can be obtained. At this time, it is also possible to provide an image filter capable of analyzing a long and thin linear structure with high accuracy.

また、生活習慣病の一因子あるいは二因子以上の因子情報を簡単に検査することができる生活習慣病因子情報検査方法を提供することができる。   In addition, it is possible to provide a lifestyle-related disease factor information inspection method capable of easily examining information on one or more factors of lifestyle-related diseases.

本発明の第1の形態は、第1及び第2の単波長の光をそれぞれ照射する第1及び第2の光源と、光源から順に照射された光を集光し出射端から順次検査部位へ照射する光結合部と、この反射光を受光して検査部位を撮像する撮像部と、第1及び第2の光で撮像した画像情報の強度比を測定して血管情報分析を行う制御部とを備え、制御部には、血管の方向と幅を検出して血管固有のノイズを除去する画像フィルター手段が設けられていることを特徴とする血管情報分析装置である。この構成によって、検査部位に対して異なる単波長の光を短時間に順次照射するため、検査部位の動き等のノイズを除去することができ、取得した画像情報を基に精緻な血管情報分析を行うことができる。また、光の出射位置と検査部位を一定の位置に配置して、異なった単波長の光ごとに検査部位に合焦点した画像情報を取得するが、画像のコントラスト差と機器等のノイズ混入に影響されずに画像処理で血管を抽出し、血管の方向と幅を検出して血管固有のノイズを異方性ノイズ除去処理によって除去するので、血管情報に含まれる精度の高い生活習慣病の因子情報を得ることができる。そして、異なった単波長の光を照射し、各光ごとに画像情報を得て、そのまま画像処理によって分析するため、機械的な走査も分光測定する必要はなく、安価でコンパクト、きわめて簡素な構成で、実用的な非侵襲型の血管情報分析装置にすることができる。   In the first aspect of the present invention, the first and second light sources that respectively irradiate light of the first and second single wavelengths, and the light irradiated in order from the light source are collected and sequentially directed from the emission end to the examination site. An optical coupling unit that irradiates; an imaging unit that receives the reflected light and images the examination site; and a control unit that analyzes the blood vessel information by measuring an intensity ratio of the image information captured by the first and second lights. The blood vessel information analyzing device is characterized in that the control unit is provided with image filter means for detecting the direction and width of the blood vessel and removing noise inherent to the blood vessel. With this configuration, different single wavelengths of light are sequentially irradiated in a short time to the examination site, so noise such as movement of the examination site can be removed, and precise blood vessel information analysis can be performed based on the acquired image information. It can be carried out. In addition, the light emission position and the inspection part are arranged at a fixed position, and image information focused on the inspection part is obtained for each light of different single wavelengths. Blood vessels are extracted by image processing without being affected, the direction and width of the blood vessels are detected, and blood vessel-specific noise is removed by anisotropic noise removal processing. Therefore, highly accurate lifestyle-related disease factors included in blood vessel information Information can be obtained. And, by irradiating light of different single wavelengths, obtaining image information for each light and analyzing it as it is by image processing, there is no need for spectroscopic measurement of mechanical scanning, inexpensive, compact and extremely simple configuration Thus, a practical non-invasive blood vessel information analyzer can be obtained.

本発明の第2の形態は、第1の形態において、画像フィルター手段が、画像情報の輝度ベクトルの線集中度によって血管の方向と幅を検出し、検出した血管領域に対して異方性ノイズ除去処理を行うことを特徴とする血管情報分析装置である。この構成によって、線集中度によってコントラスト差に影響されずに血管を抽出し、血管の方向と幅を検出し、血管の方向に沿った一様性を示す点に配慮して血管固有のノイズを除去するので、血管情報に含まれる精度の高い生活習慣病の因子情報を得ることができる。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the image filter means detects the direction and width of the blood vessel based on the line concentration degree of the luminance vector of the image information, and anisotropic noise is detected for the detected blood vessel region. A blood vessel information analysis apparatus characterized by performing a removal process. With this configuration, blood vessels are extracted without being affected by the contrast difference due to the degree of line concentration, the direction and width of the blood vessels are detected, and blood vessel-specific noise is reduced in consideration of the uniformity along the direction of the blood vessels. Since it is removed, highly accurate factor information of lifestyle-related diseases included in blood vessel information can be obtained.

本発明の第3の形態は、第1または第2の形態において、第1及び第2の単波長の光が1つの組とされ、1つの組の強度比に基づいて生活習慣病の指標となる一因子の血管情報分析を行うことを特徴とする血管情報分析装置である。この構成によって、生活習慣病の一因子の血管情報分析が1組の単波長の光の照射で簡単に行える。   According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the first and second single-wavelength lights are made into one set, and an index of lifestyle-related diseases based on the intensity ratio of one set This is a blood vessel information analysis device characterized by performing blood vessel information analysis of one factor. With this configuration, blood vessel information analysis of a factor of lifestyle-related diseases can be easily performed by irradiating a set of single-wavelength light.

本発明の第4の形態は、第3の形態において、第1及び第2の単波長の光が緑色光であって、血管の酸素飽和度の血管情報分析を行うことを特徴とする血管情報分析装置である。この構成によって、血管の酸素飽和度の血管情報分析が1組の緑色光の照射で簡単に行える。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the blood vessel information according to the third aspect, wherein the first and second single-wavelength lights are green light, and the blood vessel information analysis of the blood oxygen saturation is performed. It is an analysis device. With this configuration, blood vessel information analysis of the oxygen saturation of the blood vessel can be easily performed with a single set of green light irradiation.

本発明の第5の形態は、第1〜第4のいずれかの形態において、第1及び第2の光源のほかに、第3の単波長の光を照射できる少なくとも1個以上の第3の光源を備えて、第1,第2及び第3の光で撮像を行うことを特徴とする血管情報分析装置である。この構成によって、基準となる単波長と測定のための単波長の2波長で測定した場合よりさらに精度の高い血管情報分析が行える。   According to a fifth aspect of the present invention, in any of the first to fourth aspects, in addition to the first and second light sources, at least one third light that can irradiate light of a third single wavelength. A blood vessel information analysis apparatus including a light source and performing imaging with first, second, and third lights. With this configuration, blood vessel information analysis can be performed with higher accuracy than when measurement is performed with a single wavelength as a reference and a single wavelength for measurement.

本発明の第6の形態は、第3〜第5のいずれかの形態において、単波長の光の組が複数組設けられ、光源がそれぞれ複数組の単波長の光を照射して、生活習慣病の指標となる複数因子の血管情報分析を行うことを特徴とする血管情報分析装置である。この構成によって、生活習慣病の複数因子の血管情報分析が同時に複数組の単波長の光の照射で容易に行える。   According to a sixth aspect of the present invention, in any one of the third to fifth aspects, a plurality of sets of single-wavelength light are provided, and the light source irradiates a plurality of sets of single-wavelength light, respectively. This is a blood vessel information analyzing apparatus characterized by performing blood vessel information analysis of a plurality of factors that are indicators of disease. With this configuration, blood vessel information analysis of a plurality of factors of lifestyle-related diseases can be easily performed by simultaneously irradiating a plurality of sets of single-wavelength light.

本発明の第7の形態は、第1〜第6のいずれかの形態において、制御部が、撮像部の出力と同期して光源を駆動し、ビデオレートで単波長の光を順に照射させることを特徴とする血管情報分析装置である。この構成によって、検査部位の動き等のノイズを除去することができ、取得した反射波の画像情報を基に精緻な血管情報分析を行うことができる。   According to a seventh aspect of the present invention, in any one of the first to sixth aspects, the control unit drives the light source in synchronization with the output of the imaging unit, and sequentially irradiates light of a single wavelength at a video rate. Is a blood vessel information analyzing apparatus characterized by With this configuration, noise such as the movement of the examination site can be removed, and precise blood vessel information analysis can be performed based on the acquired reflected wave image information.

本発明の第8の形態は、第1〜第7のいずれかの形態において、第1及び第2の単波長の光をそれぞれ照射する第1及び第2の光源と、前記光源から順に照射された光を集光し出射端から順次検査部位へ照射する光結合部と、に代えて、光を照射する光源と、前記光源から照射された光の波長を変調して出射端から単波長の光を順次検査部位へ照射する光変調部を設けたことを特徴とする血管情報分析装置である。この構成によって、光源の数を減らしてコンパクトな構成にすることができる。   According to an eighth aspect of the present invention, in any one of the first to seventh aspects, the first and second light sources that respectively irradiate light of the first and second single wavelengths are irradiated in order from the light source. Instead of the optical coupling unit that collects the collected light and sequentially irradiates the examination site from the output end, the light source that irradiates the light, the wavelength of the light emitted from the light source, The blood vessel information analyzing apparatus includes a light modulation unit that sequentially irradiates light to an examination site. With this configuration, the number of light sources can be reduced and a compact configuration can be achieved.

本発明の第9の形態は、第1及び第2の光源からそれぞれ第1及び第2の単波長の光を順に照射し、これを集光して出射端から順次光信号列として検査部位へ照射し、この反射光によって検査部位を撮像して、第1及び第2の光で撮像した画像情報の強度比を基に血管情報分析を行う生活習慣病因子情報検査方法であって、強度比を取得するに当って血管の方向と幅を検出すると共に血管固有のノイズを除去することを特徴とする生活習慣病因子情報検査方法である。この構成によって、検査部位に対して異なる単波長の光を短時間に順次照射するため、取得した画像情報を基に精緻な血管情報分析を行うことができる。また、光の出射位置と検査部位を一定の位置に配置して、異なった単波長の光ごとに検査部位に合焦点した画像情報を取得し、画像処理で画像のコントラスト差に影響されずに血管を抽出し、血管の方向と幅を検出して血管固有のノイズを異方性ノイズ除去処理によって除去するので、血管情報に含まれる精度の高い生活習慣病の因子情報を得ることができる。また、生活習慣病の一因子あるいは二因子以上の因子情報を簡単に検査することができる生活習慣病因子情報検査方法を提供することができる。   In the ninth aspect of the present invention, the first and second light sources are sequentially irradiated with light of the first and second single wavelengths, respectively, collected, and sequentially emitted from the emission end to the examination site as an optical signal train. A lifestyle-related disease factor information examination method for performing blood vessel information analysis based on an intensity ratio of image information obtained by irradiating and imaging the examination site with the reflected light and imaging with the first and second lights, Is a lifestyle-related disease factor information examination method characterized by detecting the direction and width of a blood vessel and removing noise inherent to the blood vessel. With this configuration, light of different single wavelengths is sequentially irradiated in a short time to the examination site, so that precise blood vessel information analysis can be performed based on the acquired image information. In addition, the light emission position and the examination part are arranged at a fixed position, and image information focused on the examination part is obtained for each light having a different wavelength, and the image processing is not affected by the contrast difference of the image. Since the blood vessel is extracted, the direction and width of the blood vessel are detected, and noise inherent to the blood vessel is removed by the anisotropic noise removal processing, it is possible to obtain highly accurate lifestyle-related disease factor information included in the blood vessel information. In addition, it is possible to provide a lifestyle-related disease factor information inspection method capable of easily examining information on one or more factors of lifestyle-related diseases.

本発明の第10の形態は、第9の形態において、画像情報の輝度ベクトルの線集中度によって血管の方向と幅を検出し、検出した血管領域に対して異方性ノイズ除去処理を行うことを特徴とする生活習慣病因子情報検査方法である。この構成によって、線集中度によってコントラスト差に影響されずに血管を抽出し、血管の方向と幅を検出し、血管の方向に沿った一様性を示す点に配慮して血管固有のノイズを除去するので、血管情報に含まれる精度の高い生活習慣病の因子情報を得ることができる。
できる。
According to a tenth aspect of the present invention, in the ninth aspect, the direction and width of a blood vessel are detected based on the degree of line concentration of the luminance vector of the image information, and anisotropic noise removal processing is performed on the detected blood vessel region. It is a lifestyle-related disease factor information test method characterized by With this configuration, blood vessels are extracted without being affected by the contrast difference due to the degree of line concentration, the direction and width of the blood vessels are detected, and blood vessel-specific noise is reduced in consideration of the uniformity along the direction of the blood vessels. Since it is removed, highly accurate factor information of lifestyle-related diseases included in blood vessel information can be obtained.
it can.

本発明の第11の形態は、第9または第10の形態において、第1及び第2の単波長の光が1つの組とされ、1つの組の強度比に基づいて生活習慣病の指標となる一因子の血管情報分析を行うことを特徴とする生活習慣病因子情報検査方法である。この構成によって、生活習慣病の一因子の血管情報分析が1組の単波長の光の照射で簡単に行える。   According to an eleventh aspect of the present invention, in the ninth or tenth aspect, the first and second single-wavelength lights are made into one set, and an index of lifestyle-related diseases based on the intensity ratio of one set This is a lifestyle-related disease factor information test method characterized by performing vascular information analysis of one factor. With this configuration, blood vessel information analysis of a factor of lifestyle-related diseases can be easily performed by irradiating a set of single-wavelength light.

本発明の第12の形態は、第11の形態において、第1及び第2の単波長の光が緑色光であって、血管の酸素飽和度の血管情報分析を行うことを特徴とする生活習慣病因子情報検査方法である。この構成によって、血管の酸素飽和度の血管情報分析が1組の緑色光の照射で簡単に行える。   A twelfth aspect of the present invention is the lifestyle according to the eleventh aspect, characterized in that the first and second single-wavelength lights are green light, and blood vessel information analysis of oxygen saturation of blood vessels is performed. This is a disease factor information test method. With this configuration, blood vessel information analysis of the oxygen saturation of the blood vessel can be easily performed with a single set of green light irradiation.

本発明の第13の形態は、第11または第12の形態において、単波長の光の組が複数組設けられ、光源からそれぞれ複数組の単波長の光を照射して、生活習慣病の指標となる複数因子の血管情報分析を行うことを特徴とする生活習慣病因子情報検査方法である。この構成によって、生活習慣病の複数因子の血管情報分析が同時に複数組の単波長の光の照射で容易に行える。   In a thirteenth aspect of the present invention, in the eleventh or twelfth aspect, a plurality of sets of single-wavelength light are provided, and a plurality of sets of single-wavelength light are respectively emitted from a light source, thereby indicating an indicator of lifestyle-related diseases It is a lifestyle-related disease factor information test method characterized by performing vascular information analysis of multiple factors. With this configuration, blood vessel information analysis of a plurality of factors of lifestyle-related diseases can be easily performed by simultaneously irradiating a plurality of sets of single-wavelength light.

本発明の第14の形態は、第8〜第12のいずれかの形態において、撮像部の出力と同期して単波長の光をビデオレートで順に照射することを特徴とする生活習慣病因子情報検査方法である。この構成によって、検査部位の動き等のノイズを除去することができ、取得した反射波の画像情報を基に精緻な血管情報分析を行うことができる。   A fourteenth aspect of the present invention provides lifestyle-related disease factor information characterized in that, in any of the eighth to twelfth aspects, single-wavelength light is sequentially emitted at a video rate in synchronization with the output of the imaging unit. Inspection method. With this configuration, noise such as the movement of the examination site can be removed, and precise blood vessel information analysis can be performed based on the acquired reflected wave image information.

本発明の第15の形態は、第9〜第14のいずれかの形態において、前記第1及び第2の光源のほかに、第3の単波長の光を照射する少なくとも1個以上の第3の光源を備えて、前記第1,第2及び第3の光で撮像を行うことを特徴とする請求項9〜14のいずれかに記載の生活習慣病因子情報検査方法である。この構成によって、基準となる単波長と測定のための単波長の2波長で測定した場合よりさらに精度の高い血管情報分析が行える。   According to a fifteenth aspect of the present invention, in any of the ninth to fourteenth aspects, in addition to the first and second light sources, at least one third light that irradiates light of a third single wavelength. The lifestyle-related disease factor information inspection method according to claim 9, wherein imaging is performed with the first, second, and third lights. With this configuration, blood vessel information analysis can be performed with higher accuracy than when measurement is performed with a single wavelength as a reference and a single wavelength for measurement.

本発明の第16の形態は、第9〜第14のいずれかの形態において、第1及び第2の光源からそれぞれ第1及び第2の単波長の光を順に照射するのに代えて、光源から照射された光の波長を変調して第1及び第2の単波長の光を出射端から順次検査部位へ照射することを特徴とする生活習慣病因子情報検査方法である。この構成によって、光源の数を減らしてコンパクトな構成にすることができる。   A sixteenth aspect of the present invention is the light source according to any one of the ninth to fourteenth aspects, instead of sequentially irradiating light of the first and second single wavelengths from the first and second light sources, respectively. The lifestyle-related disease factor information inspection method is characterized in that the wavelength of the light emitted from the light source is modulated, and the first and second single-wavelength lights are sequentially irradiated from the emission end to the examination site. With this configuration, the number of light sources can be reduced and a compact configuration can be achieved.

(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態1における血管情報分析装置及び生活習慣病因子情報検査方法について説明をする。実施の形態1における血管情報分析装置は、眼底の毛細血管の血液情報を検査するものを対象としているが、唇やその他の検査部位であっても、血管に光を照射することにより血液のもつ生活習慣病の因子情報を測定可能な部位であれば検査することができる。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the blood vessel information analysis device and lifestyle-related disease factor information inspection method according to Embodiment 1 of the present invention will be described. The blood vessel information analysis apparatus according to the first embodiment is intended for testing blood information of capillaries of the fundus, but even in the lips and other examination sites, blood is held by irradiating light on blood vessels. Any site capable of measuring factor information of lifestyle-related diseases can be examined.

図1は本発明の実施の形態1における血管情報分析装置のブロック構成図、図2は照射する単波長の光の発振スペクトルの一例を示す図、図3は眼底酸素分布を測定した血管情報分析像の写真、図4は545nmの緑色レーザー光を唇に照射したときに得られる画像の写真であり、図5は図4の写真の画像情報から血管部分だけの画像情報を抽出した画像の写真、図6(a)は毛細血管が存在する部位に仮定する狭幅固定の近傍領域の概念図、図6(b)は狭幅固定の近傍領域における輝度勾配ベクトルの分布の実際を説明する図、図7は輝度勾配ベクトルの狭幅固定の近傍領域における理想的な分布を説明する図、図8(a)は空間軸での等方的な小さな観測領域の説明図、図8(b)は空間軸での等方的な大きな観測領域の説明図、図8(c)は空間軸での異方性の観測領域の説明図、図9は本発明の実施の形態1における画像処理の第1のフローチャート、図10は本発明の実施の形態1における画像処理の第2のフローチャートである。   FIG. 1 is a block configuration diagram of a blood vessel information analysis apparatus according to Embodiment 1 of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing an example of an oscillation spectrum of single wavelength light to be irradiated, and FIG. 3 is a blood vessel information analysis in which fundus oxygen distribution is measured 4 is a photograph of an image obtained when lips are irradiated with 545 nm green laser light. FIG. 5 is a photograph of an image obtained by extracting image information of only the blood vessel from the image information of the photograph of FIG. FIG. 6A is a conceptual diagram of a narrow fixed region assumed in a region where capillaries exist, and FIG. 6B is a diagram for explaining an actual distribution of luminance gradient vectors in the narrow fixed region. FIG. 7 is a diagram for explaining an ideal distribution of a luminance gradient vector in a narrow fixed region, FIG. 8 (a) is a diagram for explaining an isotropic small observation region on the space axis, and FIG. 8 (b). Is an explanatory diagram of an isotropic large observation area in the space axis, FIG. c) is an explanatory diagram of an observation region of anisotropy on the spatial axis, FIG. 9 is a first flowchart of image processing in the first embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a diagram of image processing in the first embodiment of the present invention. It is a 2nd flowchart.

さて、この血管情報分析装置は、眼球に互いに異なる複数の単波長からなる1組、またはこれが複数組となった光をビデオレート、すなわち人間が1コマとして認識できない映像の1フレーム(1/30秒)程度、例えば数mm秒〜数十mm秒のパルス幅で順次照射する。生活習慣病の一因子ごとに異なる数波長で測定する。これを複数組繰り返し、複数因子を検査する。複数の因子間で共通する情報は因子間で共有することができる。眼底で反射された反射波はCCDなどによって撮像され、波長ごとに画像情報を取得する。この画像情報を基に、血液機能イメージ(血管情報像)を生成するものである。従って、従来のように白色光を照射して、反射波を分光して複数の画像情報を得るものではなく、単波長の光で各光ごとに画像情報を得るものである。なお、照射する光の発振スペクトルの一例を図2に示す。本明細書において単波長の光とは、図2に示すような狭帯域の波長の光のことである。   In this blood vessel information analyzing apparatus, one set of a plurality of single wavelengths different from each other on the eyeball or a set of multiple sets of light is used as a video rate, that is, one frame (1/30) of an image that cannot be recognized by a human as one frame. (Second), for example, with a pulse width of several mm seconds to several tens of mm seconds. Measure at several different wavelengths for each factor of lifestyle-related diseases. Repeat multiple sets to test multiple factors. Information common to a plurality of factors can be shared between the factors. The reflected wave reflected from the fundus is imaged by a CCD or the like, and image information is acquired for each wavelength. Based on this image information, a blood function image (blood vessel information image) is generated. Therefore, the conventional method is not to obtain a plurality of pieces of image information by irradiating white light and splitting a reflected wave, but to obtain image information for each light with a single wavelength light. An example of the oscillation spectrum of the irradiated light is shown in FIG. In this specification, single-wavelength light is light having a narrow-band wavelength as shown in FIG.

図1は実施の形態1における血管情報分析装置のブロック図を示す。図1において、1は眼球である。2ijは異なる単波長の光を照射する光源であり、検査する生活習慣病の因子が1つの場合は1組設けられ、検査する因子が複数の場合は複数組設けられる。添字の「i」は複数の因子を検査するときの因子(i=1,・・,m)を示し、「j」は検査する各因子で使う光の波長(j=2,・・,n)を示す。従って、光源2ijは全体でm×(n−1)個設けられ、m×(n−1)個の波長の光が照射される。光源2ijからの光は眼球1に向けて照射される。 FIG. 1 is a block diagram of the blood vessel information analysis apparatus according to the first embodiment. In FIG. 1, 1 is an eyeball. 2 ij is a light source for irradiating light of different single wavelengths, and one set is provided when there is one lifestyle-related disease factor to be examined, and a plurality of sets are provided when there are a plurality of factors to be examined. The subscript “i” indicates a factor (i = 1,..., M) when inspecting a plurality of factors, and “j” indicates the wavelength of light (j = 2,..., N) used for each factor to be inspected. ). Accordingly, m × (n−1) light sources 2 ij are provided as a whole, and light of m × (n−1) wavelengths is irradiated. Light from the light source 2 ij is emitted toward the eyeball 1.

ここで、一因子に対して2個以上の波長の光源を設けている理由は、酸素飽和度で言えば、図10に示すように545nm、570nm、584nmで高低の酸素飽和度が一致し、例えば539nmや、548nm、577nmにおいてはオキシヘモグロビンとデオキシヘモグロビンの光吸収の差が大きく、これらの箇所で反射率が異なり、比較すると酸素飽和度を測定できるからである。すなわち、酸素飽和度に依存しない高低酸素飽和度が一致した1点を比較のための基準点とし、反射率の異なる酸素飽和度に依存した他の測定点の、少なくとも2点が必要であり、さらに検出精度を上げるためにはより多くの測定点を設けるのが好適であるためである。この場合、各測定点間で重み付けして酸素飽和度が算出されることになる。なお、タンパク質や脂質などについても同様であるが、その検査物質、例えば血漿タンパクなのか、中性脂肪なのか、等が特定されたとき、それぞれ照射する光の波長が定まる。   Here, the reason why the light sources having two or more wavelengths are provided for one factor is that the oxygen saturation is the same at 545 nm, 570 nm, and 584 nm as shown in FIG. For example, at 539 nm, 548 nm, and 777 nm, the difference in light absorption between oxyhemoglobin and deoxyhemoglobin is large, and the reflectance is different at these locations, so that oxygen saturation can be measured by comparison. That is, at least two points of the other measurement points depending on the oxygen saturation having different reflectances are required, with one point where the high and low oxygen saturations not depending on the oxygen saturation coincided as a reference point for comparison, This is because it is preferable to provide more measurement points in order to further increase the detection accuracy. In this case, the oxygen saturation is calculated by weighting between the measurement points. The same applies to proteins, lipids, and the like, but when the test substance, for example, plasma protein or neutral fat, is specified, the wavelength of light to be irradiated is determined.

光源2ijの波長の範囲はどのような範囲でも生活習慣病の因子を測定可能な光を照射できるものであればよい。ただ、紫外線領域はできるだけ避けた方がよい。半導体レーザー、固体レーザー、光ファイバーレーザーなどのレーザーや、LEDなどの光源が、制御し易く好適である。上述したように酸素飽和度を検査するための波長は緑色であるが、緑色2波長、緑色3波長、それ以上の数の緑色光を照射すればよい。なお、レーザー光を照射するに当っては、米国規格ANZIや日本工業規格JIS、その他の規格に照らして、少なくとも2mW/mm以下のレベルを守る必要があり、紫外線域の波長はとくに注意すべきである。 Any wavelength range of the light source 2 ij may be used as long as it can irradiate light capable of measuring a factor of lifestyle-related diseases. However, it is better to avoid the ultraviolet region as much as possible. Lasers such as semiconductor lasers, solid state lasers, optical fiber lasers, and light sources such as LEDs are suitable for easy control. As described above, the wavelength for inspecting the oxygen saturation is green, but it is sufficient to irradiate green light having two wavelengths, three wavelengths, or more. When irradiating with laser light, it is necessary to keep a level of at least 2 mW / mm 2 or less in light of US standards ANZI, Japanese Industrial Standards JIS, and other standards. Should.

図1に示す3は複数の光源2ijから照射されるパルスをパルス列(本発明の光信号列)として順次照射する光結合部である。各光源2ijから照射されたパルスは、ここで集光されて光結合部3に結合された出射端からパルス列として照射される。この各パルス光の出射位置と眼底等の検査部位を一定とし、固定的な配置とすることが実施の形態1における血管情報分析装置の画像のずれをなくす点で重要である。 Reference numeral 3 shown in FIG. 1 denotes an optical coupling unit that sequentially emits pulses emitted from a plurality of light sources 2 ij as a pulse train (an optical signal train of the present invention). The pulses emitted from the respective light sources 2 ij are collected here and emitted as a pulse train from the emission end coupled to the optical coupling unit 3. It is important from the viewpoint of eliminating the image shift of the blood vessel information analysis apparatus according to the first embodiment that the emission position of each pulse light and the examination site such as the fundus are fixed and fixedly arranged.

光結合部3としては、例えば複数の光ファイバーを1本の光ファイバーに光を集合させる光結合器を利用すればよい。なお、光ファイバーが細く、ケーブル状に束ねたとき各パルス光の出射位置が一定位置と看做せるようであれば、単純に各光源の光を個別の光ファイバーで導き、端を束ねて出射端とするのでもよい。また、光結合部3を各光源2ijから照射された光を所定のタイミングで能動的に切り換えてパルス列として出力する光スイッチでもよい。この場合後述の制御部5によって制御される。 As the optical coupling unit 3, for example, an optical coupler that collects a plurality of optical fibers into one optical fiber may be used. In addition, if the optical fiber is thin and the emission position of each pulsed light can be regarded as a fixed position when bundled in the shape of a cable, the light from each light source is simply guided by an individual optical fiber, and the ends are bundled together with the emission end. You may do it. Further, the optical coupling unit 3 may be an optical switch that actively switches light emitted from each light source 2 ij at a predetermined timing and outputs it as a pulse train. In this case, it is controlled by the control unit 5 described later.

なお、異なる単波長の光を照射する光源を複数設けて、複数の単波長の光を照射するのではなく、光源から照射された光を電気的光変調器等の光変調部で変調して複数の単波長の光として出射端から照射するのでもよい。また、一部の単波長の光をそれぞれの光源から、残りの単波長の光は変調器によって変調することにより、1光源から出射することもできる。この構成によって、光源の数を減らしてコンパクトな構成にすることができる。   Instead of providing multiple light sources that emit light of different single wavelengths, the light emitted from the light sources is modulated by a light modulator such as an electrical light modulator. You may irradiate from a radiation | emission end as several single wavelength light. Further, a part of the single wavelength light can be emitted from each light source, and the remaining single wavelength light can be emitted from one light source by being modulated by a modulator. With this configuration, the number of light sources can be reduced and a compact configuration can be achieved.

図1において、4は眼底等からの反射光を受光するCCDやCMOS等の撮像部、4aは撮像制御部、4bは反射光の受光で撮像部4に蓄積された電荷が出力される画像信号処理部、5は制御部、6は記憶部である。   In FIG. 1, 4 is an imaging unit such as a CCD or CMOS that receives reflected light from the fundus etc., 4a is an imaging control unit, and 4b is an image signal that outputs charges accumulated in the imaging unit 4 by receiving reflected light. A processing unit, 5 is a control unit, and 6 is a storage unit.

光源2ijの照射で撮像部4の各画素が反射光の光を受光すると、撮像部4から蓄積された電荷が画像信号として画像信号処理部4bに出力され、ここで撮像ノイズを除去され、増幅されて、A/D変換されてから画像情報として制御部5に転送される。 When each pixel of the imaging unit 4 receives reflected light by irradiation of the light source 2 ij , the charge accumulated from the imaging unit 4 is output to the image signal processing unit 4b as an image signal, where imaging noise is removed, After being amplified and A / D converted, it is transferred to the control unit 5 as image information.

制御部5はハードウェア的には血管情報分析装置全体のシステムを制御する1個または複数個のプロセッサーであり、記憶部6に格納されているプログラムを読み出して所定の制御機能を実行する機能実行手段として構成される。   The control unit 5 is one or a plurality of processors that control the system of the entire blood vessel information analysis device in terms of hardware, and executes a function that reads a program stored in the storage unit 6 and executes a predetermined control function Configured as a means.

記憶部6はハードウェア的にはROMとRAM、さらに画像情報を格納する不揮発メモリ等から構成され、撮像部4が得た画像情報は一旦記憶部6の検査情報メモリ部6aに保存される。各生活環境病の各因子ごとに、所定の波長の発光で検出された基準となる画像情報と、測定用の波長で検出された測定画像情報が1組として格納される。   The storage unit 6 includes a ROM and a RAM in terms of hardware, and a non-volatile memory that stores image information. The image information obtained by the imaging unit 4 is temporarily stored in the inspection information memory unit 6a of the storage unit 6. For each factor of each living environment disease, reference image information detected by light emission of a predetermined wavelength and measurement image information detected at a measurement wavelength are stored as one set.

次に、図1に示す制御部5には次の機能実現手段が搭載されている。7は検査情報メモリ部6aに保存された画像情報を基に血管の血液状態情報を算出するデータ演算手段、8は画像情報から血管部分を抽出すると共に取得した血管機能イメージ(血管情報像)に色付けをしたりその他の画像処理を行う画像処理手段である。そして、8aは、画像情報のノイズを取り除く画像フィルター手段である。なお、本発明ではビデオレートで画像情報を取得しており、光の照射を受けて瞳孔が収縮する時間の数十分の1の短時間に撮像を終えるため、眼の動きが原因のノイズが混入する可能性は低い。   Next, the following function realizing means is mounted on the control unit 5 shown in FIG. 7 is a data calculation means for calculating blood state information of blood vessels based on image information stored in the examination information memory section 6a, and 8 is a blood vessel function image (blood vessel information image) obtained by extracting a blood vessel portion from the image information. This is an image processing means for coloring and performing other image processing. Reference numeral 8a denotes image filter means for removing noise from image information. In the present invention, image information is acquired at a video rate, and since imaging is completed in a short time, which is tens of times that the pupil contracts upon receiving light irradiation, noise caused by eye movement is generated. The possibility of mixing is low.

さて、データ演算手段7は波長ごとの血管の血液状態情報、すなわち生活習慣病の因子情報を算出する。酸化飽和度で言えば、酸素飽和度に依存しない545nmの基準となる血管の画像情報と、酸素飽和度に依存した近傍の539nmで検出された血管の測定画像情報の、少なくとも2つの画像情報の強度(輝度)を求め、両者の輝度の強度比を計算することにより、血液の酸素飽和度を求めることができる。図3は眼底酸素分布を測定した血管情報分析像の一例である。なお、この図3の血管情報分析像は人間のものではなく、猿に対して行ったものである。   Now, the data calculation means 7 calculates blood state information of blood vessels for each wavelength, that is, factor information of lifestyle-related diseases. In terms of oxidative saturation, there are at least two pieces of image information, that is, 545 nm reference blood vessel image information that does not depend on oxygen saturation, and blood vessel measurement image information detected at 539 nm in the vicinity depending on oxygen saturation. By obtaining the intensity (luminance) and calculating the intensity ratio between the two, the oxygen saturation of blood can be obtained. FIG. 3 is an example of a blood vessel information analysis image obtained by measuring the fundus oxygen distribution. The blood vessel information analysis image of FIG. 3 is not for humans but for monkeys.

画像処理手段8はデータ演算手段7が演算を行う前に、血管の画像情報から画像フィルター手段8aによって血管の抽出とノイズ除去を行う。この詳細については後述する。各波長で取得した画像情報から血管部分だけを抽出し、この血管部分の画像のノイズを背景の情報が影響しないように補正する。図4は545nmの緑色レーザー光を唇に照射したときに得られる画像であり、図5はこの画像から血管部分だけの画像情報を抽出して補正を行った画像である。図5のような画像を基準となる画像情報と測定画像情報とでそれぞれ作り、血管部分の対応位置で画像の強度比を求め、強度比の2次元分布を取得し、これを段階別で色分けなどしたものが図3のような血管情報分析像となる。   The image processing unit 8 extracts blood vessels and removes noise from the blood vessel image information by the image filter unit 8a before the data calculation unit 7 performs the calculation. Details of this will be described later. Only the blood vessel portion is extracted from the image information acquired at each wavelength, and the noise of the image of the blood vessel portion is corrected so that the background information does not affect it. FIG. 4 is an image obtained when the lips are irradiated with 545 nm green laser light, and FIG. 5 is an image obtained by extracting and correcting image information of only the blood vessel portion from this image. The image as shown in FIG. 5 is created with reference image information and measurement image information, the intensity ratio of the image is obtained at the corresponding position of the blood vessel part, the two-dimensional distribution of the intensity ratio is obtained, and this is color-coded by stage A blood vessel information analysis image as shown in FIG. 3 is obtained.

図5に示す画像の中央の丸く明るいグレーの領域が、眼底の毛細血管が多数存在するところであり、この領域の中で白くみえているところが酸素の分布が比較的多いところである。中央の白い部分の中で黒っぽく表示されているところが最も酸素濃度が高いところである。これに対し、グレーの丸い領域の外部の暗い部分は各光源2ijからの光量が足らず、照度が低い部分である。しかし、実施の形態1における血管情報分析装置においては、この中央の情報で十分な情報量が得られる。   In the center of the image shown in FIG. 5, a round and bright gray area is a place where many capillaries of the fundus are present, and white areas in this area are places where oxygen distribution is relatively large. The place where the concentration of oxygen is the highest is shown in black in the white part in the center. On the other hand, the dark part outside the gray round area is a part where the light intensity from each light source 2ij is insufficient and the illuminance is low. However, in the blood vessel information analysis apparatus according to the first embodiment, a sufficient amount of information can be obtained with this central information.

次にデータ演算手段7は、このようにして得られた画像情報を基に、画像強度から血管部分の強度比を計算し、強度比分布の情報を生成する。画像処理手段8はこれに基づいて血管情報分析像を生成する。この血管情報分析像、さらに原画像等は制御部5によって後述する表示装置10に表示させることができる。また、このとき取得された血管情報分析像のデータや画像情報は、1因子ごとに検査情報メモリ部6aに格納される。   Next, the data calculation means 7 calculates the intensity ratio of the blood vessel part from the image intensity based on the image information thus obtained, and generates information on the intensity ratio distribution. Based on this, the image processing means 8 generates a blood vessel information analysis image. The blood vessel information analysis image, the original image, and the like can be displayed on the display device 10 described later by the control unit 5. The blood vessel information analysis image data and image information acquired at this time are stored in the examination information memory unit 6a for each factor.

なお、基準となる画像情報と測定画像情報をそれぞれ1つずつ測定するほかに、第2の波長、例えば548nmで撮影した測定画像情報などがあるときは、この第2の波長548nmで撮影した測定画像情報と基準となる画像情報とから得られた第2の強度比を計算するのがよい。さらに第3、第4の波長があれば第3、第4の強度比を計算し、これらを第1の強度比との間で重みづけした強度比を算出して、強度比分布とする。画像処理手段8はこれに基づいて血管情報分析像を生成する。従って、第2、第3の波長で測定して全体として強度比を算出すれば、第1の波長だけで測定した場合よりさらに精度の高い血管情報分析像となる。   In addition to measuring the reference image information and the measurement image information one by one, when there is measurement image information taken at a second wavelength, for example, 548 nm, the measurement taken at the second wavelength 548 nm It is preferable to calculate the second intensity ratio obtained from the image information and the reference image information. Further, if there are third and fourth wavelengths, the third and fourth intensity ratios are calculated, and an intensity ratio obtained by weighting them with the first intensity ratio is calculated to obtain an intensity ratio distribution. Based on this, the image processing means 8 generates a blood vessel information analysis image. Accordingly, if the intensity ratio is calculated as a whole by measuring at the second and third wavelengths, the blood vessel information analysis image is more accurate than when measured only at the first wavelength.

続いて、図1に戻って血管情報分析装置の表示機能について説明する。9は表示制御手段、10は表示制御手段9からの出力で血管情報分析像、原画、あるいは演算によって得られた酸素飽和度等の数値データを表示する表示装置である。制御部5は表示制御手段9によって検査情報メモリ部6aの血管情報分析像、画像情報等のRGB信号を表示装置10に出力させる。表示装置10では、このRGB信号に従って血管情報分析像、原画像等を表示する。   Next, returning to FIG. 1, the display function of the blood vessel information analysis device will be described. Reference numeral 9 is a display control means, and 10 is a display device for displaying numerical data such as a blood vessel information analysis image, an original picture, or oxygen saturation obtained by calculation, as output from the display control means 9. The control unit 5 causes the display device 10 to output RGB signals such as a blood vessel information analysis image and image information in the examination information memory unit 6 a to the display device 10. The display device 10 displays a blood vessel information analysis image, an original image, and the like according to the RGB signals.

また、血管情報分析装置の光源制御機能は制御部5が行う。図1において、11は制御部5に設けられたタイマ等の計時手段である。少なくともmm秒をカウントできる。制御部5は、画像信号処理部4bに撮像部4から画像信号を出力するのに同期して次の光源2ijの駆動部(図示しない)を順に動作させるが、計時手段11によってカウントされた所定の時間遅延させたタイミングで次の光源2ijを動作させることもできる。これにより、各光源2ijのパルスは光結合部3によってパルス列とされ、眼底からの反射光は撮像部4で受光される。 The light source control function of the blood vessel information analyzer is performed by the control unit 5. In FIG. 1, reference numeral 11 denotes a timing unit such as a timer provided in the control unit 5. At least mm seconds can be counted. The control unit 5 sequentially operates the driving unit (not shown) of the next light source 2 ij in synchronization with the output of the image signal from the imaging unit 4 to the image signal processing unit 4b. It is also possible to operate the next light source 2 ij at a timing delayed by a predetermined time. Thereby, the pulse of each light source 2 ij is made into a pulse train by the optical coupling unit 3, and the reflected light from the fundus is received by the imaging unit 4.

このように実施の形態1における血管情報分析装置は、眼球に異なる波長の1組または複数組の光をビデオレートで順次照射し、この光を極短時間のパルスとすることによって眼球の動き等のノイズを除き、この反射波の画像情報を基に血管の血液状態情報を測定する。従って、従来のように白色光を照射し、反射波を分光して複数の画像情報を取得して分析するものではなく、異なった単波長の光ごとにそのまま画像情報を得て、画像処理によって血液状態の情報を測定するものである。このため、安価でコンパクト、きわめて簡素な構成で、実用的な非侵襲型の血管情報分析装置にすることができる。また、実施の形態1における血管情報分析装置は、検査対象が血管であることを利用して、この特性を活かして画像処理によって精度の高い情報を得るものである。   As described above, the blood vessel information analysis device according to the first embodiment sequentially irradiates one or more sets of light having different wavelengths to the eyeball at the video rate, and uses this light as an extremely short-time pulse to move the eyeball. The blood state information of the blood vessel is measured based on the image information of the reflected wave. Therefore, it does not irradiate white light and divide the reflected wave to acquire and analyze a plurality of pieces of image information as in the past, but obtain image information as it is for each light of different single wavelengths, and perform image processing. It measures blood status information. For this reason, it is possible to provide a practical non-invasive blood vessel information analyzing apparatus with an inexpensive, compact and extremely simple configuration. In addition, the blood vessel information analysis apparatus according to the first embodiment uses the fact that the examination target is a blood vessel, and uses this characteristic to obtain highly accurate information by image processing.

そこで、実施の形態1における血管情報分析装置の画像フィルター手段8aについて詳細に説明する。実施の形態1における血管情報分析装置では、瞬間的に光を照射して眼底等のスポットライト的な画像を取得し、これによって血管情報を抽出する。このときスポットライト的な画像であるため、画像に大きなコントラストの差が生じることが避けられない。通常の画像処理では、コントラストの影響を取り除くために前処理が必要で、演算が複雑で時間がかかり、処理結果はノイズが多く、血管情報を抽出することは難しい。   Therefore, the image filter means 8a of the blood vessel information analysis apparatus according to Embodiment 1 will be described in detail. In the blood vessel information analysis device according to the first embodiment, a spotlight-like image such as the fundus is obtained by irradiating light instantaneously, thereby extracting blood vessel information. At this time, since the image is a spotlight image, it is inevitable that a large contrast difference occurs in the image. In normal image processing, pre-processing is necessary to remove the influence of contrast, the calculation is complicated and time consuming, the processing results are noisy, and it is difficult to extract blood vessel information.

このため実施の形態1では、得られた画像を線集中ベクトル場(Line-convergence vector field)として捉え、線状領域のモデルを使ってコントラスト、線の幅等の影響を受けずに血管情報を検出する。このとき輝度の1次微分ベクトル(以下、輝度勾配ベクトル)の強度を無視し、ベクトルの方向分布のみに着目する。ベクトルの方向だけに注目すると、血管が理想的な線状凸領域の場合、尾根線は輝度の最大値をもつ。この状態で輝度勾配ベクトルはこの尾根線と直交する向きを持ち、この尾根線の両側で対向して分布し、尾根線に向って揃って線集中する。このような性質を利用して血管情報(向きと幅)を抽出し、不要なノイズを除去するものである。なお、このような輝度勾配ベクトルが集中する尾根線をベクトル集中線という。図6(a)は毛細血管が存在する部位に仮定する狭幅固定の近傍領域の概念図、図6(b)は狭幅固定の近傍領域における輝度勾配ベクトルの分布の実際を説明する図である。図7は輝度勾配ベクトルの狭幅固定の近傍領域における理想的な分布を説明する図である。図6(b)、図7においてVはベクトル集中線、r、rは狭幅固定の矩形の近傍領域を示し、φはベクトル集中線V(尾根線)の方向、Wは後述する線集中度の計算で線分(血管)と判断された幅である。これらは本発明者が詳細に特許文献3で開示したとおりである。 For this reason, in the first embodiment, the obtained image is regarded as a line-convergence vector field, and blood vessel information is obtained without being affected by contrast, line width, etc. using a model of a linear region. To detect. At this time, the intensity of the first derivative vector of luminance (hereinafter referred to as luminance gradient vector) is ignored, and only the direction distribution of the vector is focused. Focusing only on the direction of the vector, when the blood vessel is an ideal linear convex region, the ridge line has the maximum value of luminance. In this state, the luminance gradient vector has a direction orthogonal to the ridge line, is distributed opposite to both sides of the ridge line, and is line-concentrated together toward the ridge line. By utilizing such properties, blood vessel information (direction and width) is extracted, and unnecessary noise is removed. A ridge line on which such luminance gradient vectors are concentrated is called a vector concentration line. FIG. 6A is a conceptual diagram of a narrow fixed region assumed in a region where a capillary is present, and FIG. 6B is a diagram for explaining an actual distribution of luminance gradient vectors in the narrow fixed region. is there. FIG. 7 is a diagram for explaining an ideal distribution of the luminance gradient vector in the vicinity of the narrow fixed width. 6B and FIG. 7, V is a vector concentration line, r 1 and r 2 are regions near a fixed rectangle, φ is the direction of the vector concentration line V (ridge line), and W is a line described later. This is the width determined as a line segment (blood vessel) in the calculation of the degree of concentration. These are as disclosed in detail in Patent Document 3 by the present inventor.

この方法では画像から血管情報を抽出するとき、画像中に出現した線状凸領域(血管)のベクトル集中線V(尾根線)を検出する。具体的には、処理対象の血管画像に対して仮定の注目点Pを次々と移動し、それぞれの注目点Pで狭幅固定の近傍領域r、rを想定して、線集中度Cが最大となる探索線(仮定のベクトル集中線)を求める。なお、線集中度Cはベクトルの集中を評価できる所定の範囲で単減少する余弦関数等の関数を利用して評価する評価値である。余弦関数の場合線集中度Cは−1〜+1の値をもつ。この線集中度Cが最大となる探索線が尾根線であるベクトル集中線になる。尾根線が抽出できれば、画像から線分(血管)が抽出できたことになる。線集中度Cがノイズ耐性値、例えば0.5以上の部分が線分であると定義すればこの部分が血管部分と判断され、この線分の幅を血管の幅と判断できる。 In this method, when extracting blood vessel information from an image, a vector concentration line V (ridge line) of a linear convex region (blood vessel) that appears in the image is detected. Specifically, the hypothetical attention point P is successively moved with respect to the blood vessel image to be processed, and the line concentration degree C is assumed by assuming the narrow-fixed neighboring regions r 1 and r 2 at each attention point P. A search line (assumed vector concentration line) that maximizes N is obtained. The line concentration degree CN is an evaluation value that is evaluated using a function such as a cosine function that simply decreases within a predetermined range in which the vector concentration can be evaluated. In the case of the cosine function, the line concentration C N has a value of −1 to +1. Search line the line concentration degree C N is maximum is a vector concentration line is ridge line. If the ridge line can be extracted, the line segment (blood vessel) can be extracted from the image. Line concentration degree C N noise immunity value, for example 0.5 or more parts is determined that this portion is a blood vessel portion be defined as a line segment, can determine the width of the line segment to the width of the vessel.

線集中度がノイズ耐性値より大きい値だけを線情報と判断し、それより低い場合を線とは看做さず除去するので、線分を残し画像を鮮明にすることができる。ベクトルの向く方向で線集中度Cを計算するのでコントラストの影響は受けにくく、狭幅固定の近傍領域r、rによる線集中度Cは非常に狭い小さな領域だけであるため、ノイズの影響を受けず、尾根線だけをシャープに抽出することができる。実施の形態1のように、単波長の光をごく短時間照射するような線集中度Cでは、10倍以上のコントラスト差を持つ場合でも、異なる方向で交叉する線をそれぞれ個別に検出することが可能で、実画像が入り組んだ複雑な構造であっても安定した線の方向と広がりの検出が可能になる。 Only a value with a line concentration degree larger than the noise tolerance value is determined as line information, and if it is lower than that, it is removed without considering it as a line, so that it is possible to leave a line segment and make the image clear. Because hardly affected by the contrast because it calculates linear concentrations of C N in the direction facing the vector, a line concentration degree C N by the region near r 1, r 2 of the narrow fixed is only very narrow small area, noise It is possible to extract only the ridge line sharply without being affected by. As in the first embodiment, the line concentration degree C N such that extremely short time irradiation with light of a single wavelength, even when having a contrast difference of 10 times or more, detects individually a line crossing in different directions It is possible to detect the direction and spread of a stable line even in a complicated structure where a real image is complicated.

さて、実施の形態1における血管情報分析装置の画像フィルター手段8aは、このような狭幅固定の近傍領域r、rによる線集中度Cによって血管の方向と幅を検出した後に、さらに血管部分で血管特有のノイズ除去を行う。ところで微細な構造を高速に測定するとき、機器から混入するノイズ(外乱)の時間的、空間的発生確率は一般的に正規分布に従う。従って、時間軸、空間軸における平滑化処理によりこの除去が可能である。 Now, the image filter means 8a of the blood vessel information analysis apparatus according to the first embodiment further detects the direction and width of the blood vessel based on the line concentration C N based on such narrow fixed regions r 1 and r 2. Removes noise specific to blood vessels in the blood vessels. By the way, when measuring a fine structure at high speed, the temporal and spatial occurrence probability of noise (disturbance) mixed from the device generally follows a normal distribution. Therefore, this removal is possible by the smoothing process in the time axis and the space axis.

しかし、ごく短時間で時間的変化するような場合には、時間軸によるノイズの推定と除去に必要な十分な測定時間を確保できない。加えて、測定対象が毛細血管などのように非常に細長い形状をしている場合、図8(a)、図8(b)に示すとおり、一般的な空間軸での等方的な観測では適当な観測領域を確保できない。すなわち、このような場合の測定においては、図8(a)に示すような観測領域Aを使うのでは領域が小さすぎてノイズ除去能力が低下してしまうし、図8(b)に示すような観測領域を使うのでも、観測領域Aが大きすぎて背景の画像の影響で画像の劣化が大きくなってしまう。   However, when the time changes in a very short time, it is not possible to secure a sufficient measurement time necessary for estimating and removing noise on the time axis. In addition, when the measurement target has a very elongated shape such as a capillary, as shown in FIGS. 8A and 8B, isotropic observation with a general spatial axis An appropriate observation area cannot be secured. That is, in the measurement in such a case, if the observation area A as shown in FIG. 8A is used, the area is too small and the noise removal capability is lowered, as shown in FIG. 8B. Even if a large observation area is used, the observation area A is too large, and the deterioration of the image becomes large due to the influence of the background image.

そこで、図8(c)のように、対象領域の形状に応じて対象領域を決定する異方性ノイズ除去処理が有効となる。しかし、実画像においてはコントラストに多様性がある上、線の交叉などの影響により構造が複雑になり、従来の画像フィルターでは正確に対象領域の形状を検出することは難しい。   Therefore, as shown in FIG. 8C, anisotropic noise removal processing for determining the target area according to the shape of the target area is effective. However, in an actual image, there are a variety of contrasts, and the structure becomes complicated due to the influence of crossing of lines and the like, and it is difficult to accurately detect the shape of the target region with a conventional image filter.

しかし、実施の形態1における画像フィルター手段8aは、上述したように狭幅固定の近傍領域r、rによる線集中度Cによって、線分(血管)の方向と幅の情報を有している。そこで、線集中度の算出によって得られた血管の方向と幅情報を基に、異方性ノイズ除去処理に必要な十分な大きさの観測領域Aを設定し、背景の影響による劣化を避けつつ、十分なノイズ除去能力をもつ異方性フィルターを構築できる。しかも、血管に沿って血液の流れは一様性を保っているので、この異方性フィルターは血管の特徴を最も反映した画像フィルターとなりえるものである。この観測領域Aは線分(血管)の幅W内に収まる図6(d)のような血管に沿って長い矩形領域か、図8(e)のような楕円形領域が好適であり、この観測領域内では処理をガウラシアンフィルター、あるいはメディアンフィルターとしてノイズ除去するのがよい。なお、観測領域の幅wは血管の幅Wとの間にW=(4〜6)×w程度の関係があれば十分である。この異方性フィルターを用いることにより、血管のノイズは十分に除去できる。 However, as described above, the image filter unit 8a according to the first embodiment has information on the direction and width of the line segment (blood vessel) based on the line concentration C N based on the narrow-width fixed neighboring areas r 1 and r 2. ing. Therefore, based on the blood vessel direction and width information obtained by calculating the line concentration, an observation area A having a sufficiently large size necessary for the anisotropic noise removal processing is set to avoid deterioration due to the influence of the background. An anisotropic filter with sufficient noise removal capability can be constructed. In addition, since the blood flow along the blood vessel is kept uniform, this anisotropic filter can be an image filter that most reflects the characteristics of the blood vessel. The observation region A is preferably a rectangular region that is long along the blood vessel as shown in FIG. 6 (d) that falls within the width W of the line segment (blood vessel) or an elliptical region as shown in FIG. 8 (e). In the observation area, it is better to remove noise as a Gaurasian filter or a median filter. Note that it is sufficient that the width w of the observation region has a relationship of about W = (4-6) × w with the width W of the blood vessel. By using this anisotropic filter, blood vessel noise can be sufficiently removed.

以上説明した実施の形態1におけるノイズ処理の手順(異方性ノイズ除去方法)について図9、図10のフローチャートに基づいて説明する。なお、図9、図10の異方性ノイズ除去フィルターによるノイズ処理は実装方法が異なるだけであり、両者は実質的には変わらない。まず、図9の説明をすると、入力画像の中に注目点Pを仮定し(step1)、注目点Pで狭幅固定の近傍領域r、rを想定して、探索線を仮定し、線集中度Cが最大となる探索線(ベクトル集中線)を求める(step2)。注目点Pを次々と移動し、すべてのベクトル集中線Vが取得されたか否かを判断し(step3)、すべてのベクトル集中線Vが取得されていない場合はstep1へ戻り、全ベクトル集中線Vが取得されている場合は、画像上のすべての線分(血管)の方向と幅が取得されたことになる(step4)。 The noise processing procedure (anisotropic noise removal method) in the first embodiment described above will be described with reference to the flowcharts of FIGS. Note that the noise processing by the anisotropic noise removal filter of FIGS. 9 and 10 is only different in the mounting method, and both are not substantially changed. First, referring to FIG. 9, a point of interest P is assumed in the input image (step 1), and the search points are assumed assuming the fixed regions N 1 and r 2 having a narrow width at the point of interest P. linear concentrations of C N is the maximum search line Request (vector intensive line) (step2). The point of interest P is moved one after another, and it is determined whether or not all vector concentrated lines V have been acquired (step 3). If all vector concentrated lines V have not been acquired, the process returns to step 1, and all vector concentrated lines V are obtained. Is acquired, the direction and width of all the line segments (blood vessels) on the image are acquired (step 4).

次いで、方向と幅とが分かった血管の中に注目点Pを仮定し、この注目点Pに対するノイズ除去のための観測領域Aを仮定する(step5)。この観測領域内A内の値によるノイズ除去処理を行って(step6)、出力画像の注目点Pの位置にデータを保存する。この後、すべての画素(注目点P)で次々と観測領域Aを仮定してノイズ除去処理を繰り返し、ノイズ除去が終了したか否かがチェックされ、終了していなければstep5に戻って繰り返し、終了していればノイズ除去処理は終了する。なお、血管以外の領域についても一般のノイズ処理を行うのがよい。また、血管の幅の両サイドでは観測領域Aの設定が難しく、ノイズ除去できない狭い領域が残る可能性があるが、観測領域の幅wを小さくするなどこれは更なるノイズ除去の今後の課題である。なお、step6のノイズ除去処理に関して、メディアンフィルターやモフォロジカルフィルターなど、ノイズ評価値が最小となるような探索を行う再帰的な処理もある。   Next, an attention point P is assumed in the blood vessel whose direction and width are known, and an observation region A for noise removal with respect to the attention point P is assumed (step 5). Noise removal processing is performed using values in the observation area A (step 6), and data is stored at the position of the target point P in the output image. Thereafter, the noise removal process is repeated assuming that the observation region A is successively applied to all the pixels (attention point P), and it is checked whether or not the noise removal is completed. If not, the process returns to step 5 and repeated. If completed, the noise removal process ends. It should be noted that general noise processing is preferably performed on regions other than blood vessels. In addition, it is difficult to set the observation region A on both sides of the blood vessel width, and there is a possibility that a narrow region where noise cannot be removed may remain, but this is a future issue for further noise removal, such as reducing the width w of the observation region. is there. As for the noise removal process in step 6, there is also a recursive process that performs a search that minimizes the noise evaluation value, such as a median filter or a morphological filter.

続いて、図10に示すラスタースキャンに準じた第2の実装方法によるノイズ処理を説明する。図10において、まず注目点Pの位置を初期化する(step11)。次に、入力画像の注目点P上の線集中度を計測し、ベクトル集中線と集中ベクトル場の情報を取得する(step12)。   Next, noise processing by the second mounting method according to the raster scan shown in FIG. 10 will be described. In FIG. 10, first, the position of the attention point P is initialized (step 11). Next, the degree of line concentration on the attention point P of the input image is measured, and information on the vector concentration line and the concentration vector field is acquired (step 12).

次に、線分(血管)の存在と方向と幅を取得し(step13)、注目点Pの近傍領域である観測領域Aを決定する(step14)。そして、入力画像の観測領域Aの情報を使って注目点Pのノイズを除去し、出力画像の注目点Pの位置に保存する(step15)。さらに次の画素に注目点Pを移動する(step16)。ここで、すべての画素について計算したか否かを判定し(step17)、すべての画素について計算が終了していなければstep12へ戻り、終了していれば終了する。   Next, the existence, direction, and width of the line segment (blood vessel) are acquired (step 13), and the observation area A that is the vicinity area of the point of interest P is determined (step 14). And the noise of the attention point P is removed using the information of the observation area A of the input image, and stored in the position of the attention point P of the output image (step 15). Further, the attention point P is moved to the next pixel (step 16). Here, it is determined whether or not calculation has been performed for all pixels (step 17). If calculation has not been completed for all pixels, the process returns to step 12, and if completed, the process is terminated.

なお、既述したように実施の形態1の画像フィルターは、細長い線状構造物であれば、込み入った複雑な構造でも、画像情報の輝度ベクトルの線集中度によって線の方向と幅を検出し、検出した線状領域に対して異方性ノイズ除去処理を行うことができるものである。それ故、血管情報分析装置だけでなく、細長い線状構造物なら一般的に高精度に分析が可能となる。血管を分析したときはきわめて効果的に血管固有のノイズを除去することができる。   As described above, if the image filter of the first embodiment is an elongated linear structure, the direction and width of the line are detected based on the line concentration degree of the luminance vector of the image information, even if the structure is complicated. Then, anisotropic noise removal processing can be performed on the detected linear region. Therefore, not only the blood vessel information analysis apparatus but also an elongated linear structure can generally be analyzed with high accuracy. When blood vessels are analyzed, noise inherent to blood vessels can be removed very effectively.

このように、実施の形態1における血管情報分析装置と生活習慣病因子情報検査方法によれば、眼球に異なる単波長の1組または複数組の光をビデオレートで順次照射するので、眼球の動き等のノイズを排除することができ、この反射波の画像情報を基に血液情報を取得することができる。異なった単波長の光を照射し、各光ごとに画像情報を得て、そのまま画像処理して分析するため、機械的な走査も分光測定する必要はなく、安価でコンパクト、きわめて簡素な構成で、実用的な非侵襲型の血管情報分析装置にすることができる。また、この生活習慣病因子情報検査方法によれば、生活習慣病の1以上の因子情報を簡単にまた同時に検査することができる。   As described above, according to the blood vessel information analysis device and the lifestyle-related disease factor information inspection method in the first embodiment, the eyeball is sequentially irradiated with one set or a plurality of sets of light having different single wavelengths at the video rate. The blood information can be acquired based on the image information of the reflected wave. Since light of different single wavelengths is irradiated, image information is obtained for each light, and image processing is performed as it is for analysis, there is no need for mechanical scanning or spectroscopic measurement, and it is inexpensive, compact, and extremely simple. A practical non-invasive blood vessel information analyzing apparatus can be obtained. Moreover, according to this lifestyle-related disease factor information test | inspection method, the 1 or more factor information of lifestyle-related disease can be test | inspected easily and simultaneously.

さらに、実施の形態1における血管情報分析装置と生活習慣病因子情報検査方法は、輝度勾配ベクトルの線集中度を使った画像処理で画像のコントラスト差に影響されずに血管を抽出することができ、検査対象が血管であることを利用して、この特性を活かした画像フィルターによって血管情報に含まれる精度の高い生活習慣病の因子情報を得ることができる。   Furthermore, the blood vessel information analysis device and lifestyle-related disease factor information inspection method in Embodiment 1 can extract blood vessels without being affected by the contrast difference of the image by image processing using the line concentration degree of the luminance gradient vector. By utilizing the fact that the test object is a blood vessel, it is possible to obtain highly accurate lifestyle-related disease factor information included in the blood vessel information by an image filter utilizing this characteristic.

本発明は、眼底などの血管情報分析装置に適用できる。   The present invention can be applied to a blood vessel information analysis apparatus such as a fundus.

本発明の実施の形態1における血管情報分析装置のブロック構成図Block configuration diagram of the blood vessel information analysis apparatus according to Embodiment 1 of the present invention 照射する単波長の光の発振スペクトルの一例を示す図The figure which shows an example of the oscillation spectrum of the single wavelength light to irradiate 眼底酸素分布を測定した血管情報分析像の写真Photograph of blood vessel information analysis image measuring fundus oxygen distribution 545nmの緑色レーザー光を唇に照射したときに得られる画像の写真Photo of image obtained when lips are irradiated with 545nm green laser light 図4の写真の画像情報から血管部分だけの画像情報を抽出した画像の写真Photograph of image obtained by extracting image information of only blood vessel part from image information of photograph of FIG. (a)は毛細血管が存在する部位に仮定する狭幅固定の近傍領域の概念図、(b)狭幅固定の近傍領域における輝度勾配ベクトルの分布の実際を説明する図(A) is a conceptual diagram of a narrow fixed region assumed in a region where capillaries exist, and (b) a diagram for explaining the actual distribution of luminance gradient vectors in the narrow fixed region. 輝度勾配ベクトルの狭幅固定の近傍領域における理想的な分布を説明する図The figure explaining the ideal distribution in the near fixed area of the brightness gradient vector (a)空間軸での等方的な小さな観測領域の説明図、(b)空間軸での等方的な大きな観測領域の説明図、(c)空間軸での異方性の観測領域の説明図(A) An explanatory diagram of an isotropic small observation region on the spatial axis, (b) An explanatory diagram of an isotropic large observation region on the spatial axis, (c) An anisotropy observation region on the spatial axis Illustration 本発明の実施の形態1における画像処理の第1のフローチャートFirst flowchart of image processing in Embodiment 1 of the present invention 本発明の実施の形態1における画像処理の第2のフローチャートSecond flowchart of image processing in Embodiment 1 of the present invention 眼底反射スペクトルの酸素飽和度依存性を示す説明図Explanatory drawing showing oxygen saturation dependence of fundus reflection spectrum

符号の説明Explanation of symbols

1 眼球
ij(i=1,・・,m;j=2,・・,n) 光源
3 光結合部
4 撮像部
4a 撮像制御部
4b 画像信号処理部
5 制御部
6 記憶部
6a 検査情報メモリ部
7 データ演算手段
8 画像処理手段
8a 画像フィルター手段
9 表示制御手段
10 表示装置
11 計時手段
1 eyeball 2 ij (i = 1,..., M; j = 2,..., N) light source 3 optical coupling unit 4 imaging unit 4a imaging control unit 4b image signal processing unit 5 control unit 6 storage unit 6a inspection information memory Unit 7 Data operation means 8 Image processing means 8a Image filter means 9 Display control means 10 Display device 11 Timekeeping means

Claims (16)

第1及び第2の単波長の光をそれぞれ照射する第1及び第2の光源と、前記光源から順に照射された光を集光し出射端から順次検査部位へ照射する光結合部と、この反射光を受光して前記検査部位を撮像する撮像部と、前記第1及び第2の光で撮像した画像情報の強度比を測定して血管情報分析を行う制御部とを備え、前記制御部には、血管の方向と幅を検出して異方性ノイズ除去処理を行う画像フィルター手段が設けられていることを特徴とする血管情報分析装置。 A first and a second light source that respectively irradiate light of a first and a second single wavelength; a light coupling unit that condenses the light irradiated in order from the light source and sequentially irradiates the examination site from the emission end; and An imaging unit that receives reflected light and images the examination site; and a control unit that measures an intensity ratio of image information captured by the first and second lights to perform blood vessel information analysis, and Includes an image filter means for detecting the direction and width of a blood vessel and performing anisotropic noise removal processing. 前記画像フィルター手段が、前記画像情報の輝度ベクトルの線集中度によって血管の方向と幅を検出し、検出した血管領域に対して異方性ノイズ除去処理を行うことを特徴とする請求項1記載の血管情報分析装置。 2. The image filter means detects a direction and a width of a blood vessel based on a line concentration degree of a luminance vector of the image information, and performs anisotropic noise removal processing on the detected blood vessel region. Blood vessel information analyzer. 前記第1及び第2の単波長の光が1つの組とされ、前記1つの組の強度比に基づいて生活習慣病の指標となる一因子の血管情報分析を行うことを特徴とする請求項1または2記載の血管情報分析装置。 The vascular information analysis of one factor that serves as an index of lifestyle-related diseases is performed based on the intensity ratio of the one set, wherein the light of the first and second single wavelengths is made into one set. 3. The blood vessel information analysis device according to 1 or 2. 前記第1及び第2の単波長の光が緑色光であって、血管の酸素飽和度の血管情報分析を行うことを特徴とする請求項3記載の血管情報分析装置。 4. The blood vessel information analysis apparatus according to claim 3, wherein the light of the first and second single wavelengths is green light, and performs blood vessel information analysis of oxygen saturation of the blood vessel. 前記第1及び第2の光源のほかに、第3の単波長の光を照射できる少なくとも1個以上の第3の光源を備えて、前記第1,第2及び第3の光で撮像を行うことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の血管情報分析装置。 In addition to the first and second light sources, at least one third light source capable of emitting light of a third single wavelength is provided, and imaging is performed with the first, second, and third lights. The blood vessel information analyzer according to any one of claims 1 to 4, wherein 前記単波長の光の組が複数組設けられ、前記光源がそれぞれ該複数組の単波長の光を照射して、生活習慣病の指標となる複数因子の血管情報分析を行うことを特徴とする請求項3〜5のいずれかに記載の血管情報分析装置。 A plurality of sets of single-wavelength light are provided, and the light source irradiates the plurality of sets of single-wavelength light, respectively, and performs blood vessel information analysis of a plurality of factors serving as an index of lifestyle-related diseases. The blood vessel information analyzer according to any one of claims 3 to 5. 前記制御部が、前記撮像部の出力と同期して前記光源を駆動し、ビデオレートで前記単波長の光を順に照射させることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の血管情報分析装置。 The blood vessel information according to any one of claims 1 to 6, wherein the control unit drives the light source in synchronization with an output of the imaging unit and sequentially irradiates the light of the single wavelength at a video rate. Analysis equipment. 請求項1〜7のいずれかの血管情報分析装置において、第1及び第2の単波長の光をそれぞれ照射する第1及び第2の光源と、前記光源から順に照射された光を集光し出射端から順次検査部位へ照射する光結合部と、に代えて、光を照射する光源と、前記光源から照射された光の波長を変調して出射端から単波長の光を順次検査部位へ照射する光変調部を設けたことを特徴とする血管情報分析装置。 The blood vessel information analyzer according to any one of claims 1 to 7, wherein the first and second light sources that respectively irradiate light of the first and second single wavelengths and the light irradiated in order from the light source are collected. Instead of the optical coupling unit that sequentially irradiates the examination site from the emission end, a light source that irradiates light, and the wavelength of the light emitted from the light source is modulated, and single wavelength light is sequentially applied from the emission end to the examination site. An apparatus for analyzing blood vessel information, characterized in that a light modulation unit for irradiation is provided. 第1及び第2の光源からそれぞれ第1及び第2の単波長の光を順に照射し、これを集光して出射端から順次光信号列として検査部位へ照射し、この反射光によって前記検査部位を撮像して、前記第1及び第2の光で撮像した画像情報の強度比を基に血管情報分析を行う生活習慣病因子情報検査方法であって、前記強度比を取得するに当って血管の方向と幅を検出すると共に異方性ノイズ除去処理を行うことを特徴とする生活習慣病因子情報検査方法。 The first and second light sources sequentially irradiate light of the first and second single wavelengths, respectively, collect the light, and sequentially irradiate the inspection site as an optical signal sequence from the emission end. A lifestyle-related disease factor information inspection method for imaging blood vessel information based on an intensity ratio of image information captured with the first and second lights by imaging a site, and acquiring the intensity ratio A lifestyle-related disease factor information inspection method characterized by detecting the direction and width of a blood vessel and performing anisotropic noise removal processing. 前記画像情報の輝度ベクトルの線集中度によって血管の方向と幅を検出し、検出した血管領域に対して異方性ノイズ除去処理を行うことを特徴とする請求項9記載の生活習慣病因子情報検査方法。 10. The lifestyle-related disease factor information according to claim 9, wherein a direction and width of a blood vessel are detected based on a line concentration degree of a luminance vector of the image information, and anisotropic noise removal processing is performed on the detected blood vessel region. Inspection method. 前記第1及び第2の単波長の光が1つの組とされ、前記1つの組の強度比に基づいて生活習慣病の指標となる一因子の血管情報分析を行うことを特徴とする請求項9または10記載の生活習慣病因子情報検査方法。 The vascular information analysis of one factor that serves as an index of lifestyle-related diseases is performed based on the intensity ratio of the one set, wherein the light of the first and second single wavelengths is made into one set. The lifestyle-related disease factor information test method according to 9 or 10. 前記第1及び第2の単波長の光が緑色光であって、血管の酸素飽和度の血管情報分析を行うことを特徴とする請求項11記載の生活習慣病因子情報検査方法。 12. The lifestyle-related disease factor information inspection method according to claim 11, wherein the light of the first and second single wavelengths is green light, and blood vessel information analysis of blood oxygen saturation is performed. 前記単波長の光の組が複数組設けられ、前記光源からそれぞれ該複数組の単波長の光を照射して、生活習慣病の指標となる複数因子の血管情報分析を行うことを特徴とする請求項11または12記載の生活習慣病因子情報検査方法。 A plurality of sets of single-wavelength light are provided, and a plurality of sets of single-wavelength light are respectively emitted from the light source, and blood vessel information analysis of a plurality of factors serving as an index of lifestyle-related diseases is performed. The lifestyle-related disease factor information test method according to claim 11 or 12. 撮像部の出力と同期して前記単波長の光をビデオレートで順に照射することを特徴とする請求項9〜13のいずれかに記載の生活習慣病因子情報検査方法。 The lifestyle-related disease factor information inspection method according to claim 9, wherein the single-wavelength light is sequentially irradiated at a video rate in synchronization with an output of an imaging unit. 前記第1及び第2の光源のほかに、第3の単波長の光を照射する少なくとも1個以上の第3の光源を備えて、前記第1,第2及び第3の光で撮像を行うことを特徴とする請求項9〜14のいずれかに記載の生活習慣病因子情報検査方法。 In addition to the first and second light sources, at least one third light source that emits light of a third single wavelength is provided, and imaging is performed with the first, second, and third lights. The lifestyle-related disease factor information test method according to any one of claims 9 to 14. 請求項9〜15のいずれかの生活習慣病因子情報検査方法において、第1及び第2の光源からそれぞれ第1及び第2の単波長の光を順に照射するのに代えて、光源から照射された光の波長を変調して第1及び第2の単波長の光を出射端から順次検査部位へ照射することを特徴とする生活習慣病因子情報検査方法。 16. The lifestyle-related disease factor information inspection method according to claim 9, wherein the first and second light sources are irradiated from the light source instead of sequentially irradiating light of the first and second single wavelengths, respectively. A lifestyle-related disease factor information inspection method characterized by modulating the wavelength of the emitted light and irradiating the examination region with light of the first and second single wavelengths sequentially from the emission end.
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