JP2011500222A - 赤外線を利用した撮影装置 - Google Patents

Abstract

皮膚、脂肪沈着、あるいは他の物である物体の表面下部の構造を撮影し、また物体の表面上に下部構造の画像を投射する撮影装置が開示される。走査レーザは、物体を照射および物体上に画像を当社するために用いられる。１つ以上の光ダイオードは、散乱あるいは反射した光の強度を測定し、１つ以上の走査レーザとともに画像を作る。
【選択図】図１

Description

本発明は赤外線を利用して皮下構造を撮影する装置に係り、具体的には赤外線で物体を照らして反射された赤外線を記録してから記録された赤外線の強度を可視光範囲で再投射する装置に関する。

ある医療過程と治療では患者の腕や脚で血管を探さなければならない場合がある。このような血管さがしは特に皮下脂肪が相当多い時は非常にむずかしい。既存の撮影装置としては“Ｉｍａｇｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ Ｕｓｉｎｇ Ｄｉｆｆｕｓｅ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｌｉｇｈｔ”という名称の米国特許第７，２３９，９０９号に開示された装置がある（ここでは特に全体として参照することで組み込まれる）。この装置では拡散赤外線を利用して皮下血管を撮影した次に、撮影された画像を皮膚に投射し返して血管を探す。拡散赤外線を利用すると皮下血管の画像をよく撮影することができる。そのため、レーザ光自体が集束的であって基本的に拡散しにくいためレーザやレーザアレイを光源で用いた血管撮影装置は役には立たないと考えられていた。しかし、本発明者は略均一な赤外線を出すレーザならばまともに利用することができることを発見した。空間周波数変移度が±０．５％以内ならば血管撮影のために相当に均一な照射ということができる。レーザは非常に狭い地域に集中して均一な照射をすることができる。レーザあるいはレーザアレイをスキャニングすると、皮下血管の画像が記録されてから画素形態で投射されることができる。レーザアレイのレーザの強度が強度変化を修正することができるならば、このようなレーザ照射は充分に均一であると言える。レーザービームをスキャニングすれば有用なサイズの画像を作ることができる。

米国特許第７，２３９，９０９号

発見の結果、１つ以上のレーザを利用して患者等の物体に赤外線を照らし、皮下血管の可視度を改善する装置が提供される。一実施形態において、本発明による装置は血管が現われる第１波長帯を有する赤外線を体組織に照射する第１照射レーザアレイを含む。物体で反射された光は第１波長帯の光を受ける第１光感知器により記録される。第１光感知器は記録された光の強度を示す第１出力を出す。第１投射レーザアレイが物体表面に第１出力の可視光を投射する。

他の実施形態において、装置は血管が現われる第１波長帯の赤外線で体組織を照らす第１照射レーザアレイと、１１００〜１７００ｎｍ範囲の第２波長帯の赤外線で体組織を照らす第２照射レーザアレイを有する。このような２種類の波長帯の光は物体で反射され、次に、物体で反射された第１波長帯の光を受ける第１光感知器と；と、物体から反射された第２波長帯の光を受ける第２光感知器により記録される。第１光感知器は第１出力を出して、第２光感知器は第２出力を出すが、それぞれの出力はそれぞれの光感知器が感知した光の強度を示す。２つの出力は第１出力と第２出力を比較できる出力比較器に送られて比較され、比較出力値を出す。最後に、第１投射レーザアレイは比較出力値を示す可視光を物体表面に投射する。

以上説明した本発明によれば、白色光では見ることが困難あるいは不可能な皮下血管を皮膚で容易に見ることができ、採血のように血管の位置が非常に重要な場合に皮下血管を非常に容易に探すことができる。

本発明のさらなる利点は、図面を参照するとともに、好適な実施形態の詳細な記述を参照することで明らかになるが、図面は限定を目的するものではなく、同じ参照番号は以下のようにいくつかの図面の同じあるいは類似の要素を示す。
本発明の好適な一実施形態によって赤外線を物体に照らす撮影装置１２の概要図。 本発明の好適な他の実施形態によって赤外線を物体に照らす撮影装置１２の概要図。

身体の皮膚や他の体組織では反射されて血液では吸収される赤外線波長帯があるが、具体的には７００〜１１００ｎｍの波長帯である。この波長帯の赤外線で撮った体組織のビデオ画像において、血管は背景に比べて暗い線で現われる。このような波長帯の赤外線で体組織を撮る時血管が鮮明に見える。図１に示された体組織のような物体６の撮影する撮影装置１２は均一な赤外線を利用することであって反射された赤外線の強度を記録して目に見えない光を体組織に投射するためである。同じ目的を達成するために検流計（ｇａｌｖａｎｏｍｅｔｅｒ）に通常ミラーと共鳴ミラーを設置したことと、ＤＬＰチップのようなＤＭＤ（ｄｉｇｉｔａｌ ｍｉｃｒｏ ｍｉｒｒｏｒ ｄｅｖｉｃｅ）等であってよいスキャナー５を介して適当な大きさの画像が生じる。物体６が体組織であれば、体組織内の皮下脂肪下にある血管が撮影装置１２から投射されたビデオ画像に鮮明に見えることができる。後述する好適な実施形態の説明で“レーザアレイ（ａｒｒａｙ）”とは１つ以上のレーザのアレイのことを言う。後述する実施形態のレーザアレイがｘ列のｎ個のレーザで構成されるならば、該光感知器と投射されるレーザアレイもｘ列のｎ個で構成される。

撮影装置１２は血管が現われる第一波長帯を有する第１照射レーザアレイ１、赤外線下では透過し可視光下では反射するダイクロイックミラー（２；ｄｉｃｈｒｏｉｃ ｍｉｒｒｏｒ）、偏光フィルター３、偏光分割器４、スキャナー５、偏光フィルター７、レンズ８、第１照射レーザアレイ１が動作する波長帯の光を通過させる狭帯域フィルター９、第１光感知器１０及び第１投射レーザアレイ１１を具備する。一実施形態では、第１照射レーザアレイ１の波長帯は７００〜１００ｎｍであるが、本発明の第一照射レーザアレイ１はこの波長帯に限定されるわけではない。この波長帯の上下を若干外れた波長でも血管が現われる。図１の実施形態で、第１照射レーザアレイ１で生じた赤外線はダイクロイックミラー２と偏光フィルター３を通過して偏光分割器４からスキャナー５へ向かって反射される。スキャナーはこの光が物体６に向かうようにする。この光は物体６からスキャナー５に向かって再び反射されるが、光の速度のためほぼ同じ地点に再び反射される。この光は偏光分割器４、偏光フィルター７、レンズ８、狭帯域フィルター９を通過するが、光の強度は第１光感知器１０に記録される。この実施形態では、第１光感知器１０としては光ダイオードや光の強度を感知することができる他の光感知器も可能である。この実施形態では、第１光感知器１０が任意として、シリコン光ダイオードでもある。偏光フィルター７は偏光フィルター３とは違う偏光度を有するが、可及的物体６で反射された光から眩しさを低減させるために偏光フィルター３と直交する偏光度を有することが望ましい。第１光感知器１０で測定された強度を示す第１出力（図示せず）はアナログ電子装置（図示せず）を介して第１投射レーザアレイ１１に送られ、ここで投射された可視光はを通して光を反射するダイクロイックミラー２、次に物体６に向かって反射しかえすスキャナへ光を反射する偏光分割器４へと送る。光の速度とアナログ電子装置（図示せず）のため、第１投射レーザアレイ１１から物体６に可視光が投射される時、この可視光は赤外線強度が記録された位置とほぼ同じ位置に投射される。スキャナー５により光がスキャンされるため、適当サイズの画像が物体６に生じ、この物体６の皮下血管が見えるようになる。

図２の他の実施形態では本発明車の米国特許出願公開第２００７−０１５８５６９Ａ１号（２００７年７月１２日）「物体の表面上に表面化の構造を当投射する方法および装置」で開示された画像比較法を示す。体組織で大きく散乱されない光を除去するために光ダイオードの前方に光学停止具２６、２８を設置する。散乱されなかった、あるいは少しだけしか散乱されなかった光を除去すると、浅い部分のコントラストや表面特徴が減って、深い構造のコントラストをさらに改善することができる。

図２の実施形態は次のように動作する。まず、第１照射レーザアレイ１と第２照射レーザアレイ２１から赤外線を出すが、第１照射レーザアレイから出た赤外線の第１波長帯では血管が見え、第２照射レーザアレイから出た赤外線の波長帯は１１００〜１７００ｎｍである。第１照射赤外線アレイ１の赤外線はダイクロイックミラー２２を通過し、第２照射赤外線アレイ２１の赤外線はダイクロイックミラー２２で反射される。すなわち、ダイクロイックミラー２２はレーザアレイ１から出た波長帯の赤外線は通過させるものの、レーザアレイ２１から出た波長帯の赤外線は反射する性質を有する。ダイクロイックミラー２２が反射あるいはダイクロイックミラー２２を通過して結集した光はダイクロイックミラー２を通過する。ダイクロイックミラー２は両側レーザアレイ１、２１から出た波長帯の赤外線は通過させて、第１投射レーザアレイ１１から出た波長帯の光は反射する性質を有する。第１投射レーザアレイ１１に対しては後に説明する。ダイクロイックミラー２を通過した光は偏光フィルター３を介して偏光分割器４に到達する。偏光分割器４で反射された光はスキャナー５から物体６を向かって反射される。

物体６で反射された光はスキャナー５を経て偏光分割器４を通過する。それから偏光フィルター７を通過するが、この偏光フィルター７は偏光フィルター３とは異なる、特に直交する偏光を通過させる。光は続いてレンズ８を通過して、必要であるならば長波長通過フィルター２３も通過する。長波長通過フィルターを通過した光は対物レンズ２４を介してダイクロイックミラー２５に触れるが、このミラーは第１照射レーザアレイ１から出た波長帯の光は通過させるものの、第２照射レーザアレイ２１から出た波長帯の光は反射する。ダイクロイックミラー２５を通過した光は狭帯域フィルター９を通過するが、フィルターは第１照射レーザアレイ１から出た波長帯の光を通過させる。狭帯域フィルター９を通過した光は光学停止具２６を介して第１光感知器１０に達して、ここで光の強度が測定される。一方、ダイクロイックミラー２５で反射された光は第２照射レーザアレイ２１から出た波長帯の光を通過させる狭帯域フィルター２７を通過した次に、光学停止具２８と焦点レンズ２９を介して第２光感知器３０に到達して、ここで光の強度が測定される。この実施形態では、第２光感知器３０は光ダイオードやその他受信された光の強度を測定することができる感知器である。光学停止具２６、２８は小型物体、ＤＬＰチップ、ＬＣＯＳチップまたは透過ＬＣＤチップであることができ、透過された光の一部分を遮断することさえできれば良い。光停止具２６、２８がワイヤーや非常に小さく刻まれたり、印刷された点のような小さな物体であれば、光学停止具が光の中央部分のみ除去するように対物レンズ２４が受信した光を拡大することができ、１１００〜１７００ｎｍ範囲で作動する小型光ダイオードのため、焦点レンズ２９は第２光感知器３０に向かって光の焦点を合せて十分な光が集まるようにする。光学停止具２６、２８の両方ともテキサス・インスツルメンツ社のＤＬＰ、ＬＣＯＳチップまたは透過ＬＣＤチップのようなデジタルマイクロミラー素子であれば、対物レンズ２４と焦点レンズ２９はなくても良い。この実施形態では、第１光感知器１０がシリコン光ダイオードであって、第２光感知器３０はインジウム−ガリウム−砒素光ダイオードでありうる。

第１及び第２光感知器１０、３０はそれぞれここに触れる光の強度を表示する第１及び第２出力（図示せず）を出す。これら出力は米国特許出願公開第２００７−０１５８５６９Ａ１号（２００７年７月１２日）「物体の表面上に表面化の構造を当投射する方法および装置」の第６７０〜６９０段落に開示された方法で出力比較器（図示せず）により互いに比較されて比較出力値を生成する。出力比較器（図示せず）はアナログやデジタル電子装置やコンピュータで、公開された方式で出力値を比較することができる装置であればよい。このような比較はデジタルなどいずれの方式にしてもかまわない。

出力比較器（図示せず）は比較出力値を送り、可視光を出す第１投射レーザアレイ１１を制御する。第１投射レーザアレイ１１から出た光はダイクロイックミラー２で反射されて偏光フィルター３を通過し、それから偏光分割器４からスキャナー５を向かって反射された次に物体６に向かう。スキャナー５のミラーがこの時点でまだ同じ位置になければ、光は偏光分割器４とスキャナー５間で調整されながら物体の適当な地点に触れることになる。

光停止具２６、２８でＤＬＰチップのような空間光変調器、ＬＣＯＳチップまたは透過ＬＣＤチップを用いると多くの長所がある。第一に、光を拡大しなくても光の小さな部分を遮断することができ、光の遮断量を調節することができる。また、少なくともＤＬＰチップを用いるならば透過されない光は損失されない。ＤＬＰチップや同様なチップを用いると、１つ以上の光感知器（図示せず）をさらに追加してさらに多くの光を集めて画像を作ることに用いることができる。もちろん、光学停止具２６、２８でＤＬＰチップや他の空間光変調器を用いると図２の光の経路が違うこともある。ＤＬＰチップの場合、ＤＬＰチップの適当な小さなミラーらから反射された光が光ダイオードに到達するため、遮断出来ない光を集める第１光感知器１０や第２光感知器３０が該当する光学停止具２６、２８に触れる光と同軸線上に位置しないこともある。

これらの実施態様のいずれの特徴も前述の開示の観点から理解される。例えば、光学停止具はあってもなくてもいずれの実施形態も実施可能である。

本発明は少なくとも一つの好適な実施形態および使用に関連して記述および説明されたが、これに限定されるものではなく、本発明の意図された範囲によって変形および変更がなされうる。

Claims (24)

1. 物体の表面下部構造の可視度を改善する装置において：
   第一性質を有する光を物体に向かって照射する少なくとも１つのレーザを有する第１照射レーザアレイと；
   第一性質を有する光を受ける第１光感知器と；
   第二性質を有する光を物体に向かって照射する少なくとも１つのレーザを有する第１投射レーザアレイと；及び
   物体で反射された第一性質を有する光の一部分が第１光感知器に触れないように妨害するように配置された光学停止具；を含むことを特徴とする装置。
2. 第１照射レーザアレイが１つのレーザを有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 第１照射レーザアレイが２つ以上のレーザを有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 第１投射レーザアレイが１つのレーザを有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
5. 第１投射レーザアレイが２つ以上のレーザを有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
6. 前記第一性質が血管を感知する波長であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
7. 前記第二性質が光を見ることができる波長であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
8. 前記光学停止具がＤＬＰチップであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
9. 光学停止具により第１光感知器から離れた方向の光を受ける第２光感知器をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の装置。
10. 前記物体が生物体であって下部構造が血管であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
11. 物体の表面下部構造の可視度を改善する装置において：
    第一性質を有する光を物体に向かって照射する少なくとも１つのレーザを含む第１照射レーザアレイと；
    第一性質を有する光を受けて第一データを出力する第１光感知器と；
    第二性質を有する光を物体に向かって照射する少なくとも１つのレーザを含む第２照射レーザアレイと；
    第二性質を有する光を受けて第二データを出力する第２光感知器と；
    第一データと第二データを比較するためのコンピュータ；及び
    第三性質を有する光を物体に向かって照射する少なくとも１つのレーザを含む第１投射レーザアレイと；を含むことを特徴とする請求項に記載の装置。
12. 物体で反射された第一性質を有する光の一部分が第１光感知器に触れることを妨害するように配置された第１光学停止具をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の装置。
13. 物体で反射された第二性質を有する光の一部分が第２光感知器に触れることを妨害するように配置された第２光学停止具をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の装置。
14. 物体で反射された第二性質を有する光の一部分が第２光感知器に触れることを妨害するように配置された光学停止具をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の装置。
15. 第１照射レーザアレイが１つのレーザを有することを特徴とする請求項１１に記載の装置。
16. 第１照射レーザアレイが２つ以上のレーザを有することを特徴とする請求項１１に記載の装置。
17. 第２照射レーザアレイが１つのレーザを有することを特徴とする請求項１１に記載の装置。
18. 第２照射レーザアレイが２つ以上のレーザを有することを特徴とする請求項１１に記載の装置。
19. 第１光学停止具がＤＬＰチップであることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
20. 第１光学停止具により第１光感知器から離れた方向の光を受ける第３光感知器をさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の装置。
21. 第１光学停止具が第１ＤＬＰチップであって第２光学停止具が第２ＤＬＰチップであることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
22. 第１光学停止具により第１光感知器から離れた方向の光を受ける第３光感知器と、第２光学停止具により第２光感知器から離れた方向の光を受ける第４光感知器をさらに含むことを特徴とする請求項２１に記載の装置。
23. 前記光学停止具がＤＬＰチップであることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
24. 光学停止具により第２光感知器から離れた方向の光を受ける第３光感知器をさらに含むことを特徴とする請求項２３に記載の装置。

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