JP2012235926A - 医療装置システム及び生体情報監視方法 - Google Patents

Abstract

【課題】酸素飽和度の時間的変化を確実にモニタリングする。
【解決手段】血中ヘモグロビンの酸素飽和度の変化により吸光係数が変化する波長範囲を有する酸素飽和度測定光と波長範囲が広帯域に及ぶ白色光とを交互に体腔内に照射する。それぞれの光の照射毎にカラーの撮像素子で撮像することにより特殊光画像及び通常光画像を取得する。これら特殊光画像及び通常光画像上に、被検体の関心領域の動きに従って追従するロックオンエリアを設定する。ロックオンエリア内における関心領域の酸素飽和度は、特殊光画像及び通常光画像に基づき、それら画像を取得する毎に算出される。この算出されたロックオンエリア内の酸素飽和度は、モニタリング画像９４のグラフ９３上に、時系列に沿って表示される。
【選択図】図８

Description

本発明は、体腔内や消化管などの被検体の関心領域における酸素飽和度の時間的変化をモニタリングする医療装置システム及び生体情報監視方法に関する。

近年、腹腔鏡を用いて手術を行う腹腔鏡手術が注目されている（特許文献１参照）。腹腔鏡手術では、患者の腹に開けられた２、３個の小さな穴を開け、それら穴に腹腔鏡及び手術用処置具を腹腔内に刺し込む。そして、二酸化炭素からなる気腹ガスで腹腔内を膨らませた状態で、術者は、腹腔鏡によってモニタに写し出される腹腔内の画像を観察しながら、手術用処置具を使って各種手術を行う。このように、腹腔鏡手術は、腹腔鏡の限られた視野だけで手術を行う必要があるため、術者には高い技量が求められるものの、一般的な外科手術と異なり開腹の必要が無いため、患者の負担はかなり軽減される。

腹腔鏡手術では、腹壁を気腹するために二酸化炭素を用いているため、腹腔内における血管は低酸素状態に陥りやすい。仮に、低酸素状態となった場合には、腹腔鏡手術を中断し、外科手術に切り替えられる。したがって、腹腔鏡手術時においては、血中の酸素飽和度をモニタリングしておく必要がある。

酸素飽和度のモニタリング方法としては、手の指などに経皮的測定プローブを挟み込んで経皮的に酸素飽和度を測定する方法の他、腹腔鏡の鉗子チャンネルを介して挿入された非接触式測定プローブによって、血管の酸素飽和度を非接触で測定する方法などがある（非特許文献１参照）。この非特許文献１の非接触式測定プローブは、所定波長の測定光を血管に向けて照射し、その血管からの反射光をＣＣＤなどの撮像素子で受光する。そして、撮像素子から出力される受光信号に基づいて、血管の酸素飽和度を求めている。

特開２０００−１３９９４７号公報

米国Spectros社製品「T-Stat」、［online］、［平成２２年１１月１２日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.spectros.com/products/t-stat-ischemia-detection/about-t-stat/system-overview.html＞

腹腔鏡手術の中でも、例えば、血管バイパス手術などでは、非特許文献１のような非接触式測定プローブで、手術上重要な血管（例えば、大動脈や冠動脈など）の酸素飽和度の時間的変化をモニタリングすることによって、安全に手術を進めることができる。しかしながら、非特許文献１では、非接触式測定プローブを腹腔鏡の先端部から突出させた状態で測定するため、何らかの拍子又は手術の進行上、腹腔鏡の先端部に動きがあった場合には、それに伴って非接触式測定プローブの位置もずれてしまう。このように非接触式測定プローブの位置がずれてしまうと、その非接触式測定プローブから照射される測定光が、モニタリングしようとする血管に十分に当たらなくなる。このような場合には、血管の酸素飽和度の算出を確実にできなくなるおそれがある。

本発明は、腹腔鏡の先端部における動きなどによって被検体の撮像エリアが変化したとしても、被検体における酸素飽和度の時間的変化を確実にモニタリングすることができる医療装置システム及び生体情報監視方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の医療装置システムは、光の波長に関する分光情報を少なくとも２種以上含む被検体画像を一定時間毎に取得する画像取得手段と、被検体の関心領域の動きに追従するロックオンエリアを、前記被検体画像上の関心領域に設定するロックオン設定手段と、前記被検体画像のうち前記ロックオンエリア部分の画像に基づいて、前記ロックオンエリアにおける酸素飽和度の時間的変化を監視するために用いられるモニタリング画像を生成するモニタリング画像生成手段と、前記モニタリング画像を表示する表示手段とを備えることを特徴とする。

前記モニタリング画像生成手段は、前記被検体画像を取得する毎に、前記関心領域の動きに合わせて前記ロックオンエリアの位置を更新する位置更新部と、前記ロックオンエリアの位置を更新する毎に、前記ロックオンエリア内の酸素飽和度を算出する酸素飽和度算出部と、算出した酸素飽和度を時系列的に表すグラフを含むモニタリング画像を生成するモニタリング画像生成部とを有することが好ましい。

前記位置更新部は、前記被検体画像を取得する毎に、前記ロックオンエリアの位置を特定するためのロックオンエリア特定マーカを前記被検体画像から抽出し、その抽出したロックオンエリア特定マーカを用いて前記ロックオンエリアの位置を更新することが好ましい。前記位置更新部は、画像取得タイミングが異なる複数の被検体画像間の動き量を前記ロックオンエリア特定マーカを用いて算出し、その算出した動き量に従って前記ロックオンエリアの位置を更新することが好ましい。

前記酸素飽和度算出部は、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸光係数が異なる波長の光に関する２種類の分光情報を含む被検体画像に基づいて、前記ロックオンエリア内の酸素飽和度を算出することが好ましい。前記表示手段は、前記モニタリング画像内において、前記グラフと同時に、最新の被検体画像を表示することが好ましい。前記ロックオンエリアにおける酸素飽和度が一定値以下となったときに、アラームを発するアラーム手段を備えることが好ましい。

前記画像取得手段は、特定波長の狭帯域光と波長が広帯域に及ぶ広帯域光を交互に照射し、それぞれの光を照射する毎にカラーの撮像素子で撮像することにより、前記被検体画像を取得することが好ましい。前記画像取得手段は、互いに波長が異なる複数の狭帯域光を被検体に順次照射し、各狭帯域光の照射毎にモノクロの撮像素子で撮像することにより、前記被検体画像を取得することが好ましい。

前記画像取得手段は、腹腔内を腹腔鏡装置で撮像することで得られる腹腔鏡画像を取得することが好ましい。前記画像取得手段は、消化管を含む管内を内視鏡装置で撮像することにより得られる管内画像を取得することが好ましい。

本発明の生体情報監視方法は、光の波長に関する分光情報を少なくとも２種以上含む被検体画像を、画像取得手段によって一定時間毎に取得するステップと、被検体の関心領域の動きに追従するロックオンエリアを、前記被検体画像上の関心領域に設定する処理を、ロックオン設定手段で行うステップと、前記ロックオンエリアにおける酸素飽和度の時間的変化を監視するために用いられるモニタリング画像を、前記被検体画像のうち前記ロックオンエリア部分の画像を用いてモニタリング画像生成手段で生成するステップと、前記モニタリング画像を表示装置に表示するステップとを備えることを特徴とする。

本発明によれば、被検体の関心領域の動きをロックオンエリアで追従するとともに、そのロックオンエリアでロックオンされた関心領域の酸素飽和度の時間的変化を、表示手段上のモニタリング画像に表示することから、仮に、腹腔鏡の先端部における動きなどによって関心領域が動いたとしても、その関心領域における酸素飽和度の時間的変化を確実にモニタリングすることができる

第１実施形態の腹腔鏡システムを示す図である。 腹腔鏡システムの内部構成を表す図である。 腹腔鏡スコープの先端部を表す図である。 酸素飽和度測定光及び白色光の発光スペクトルを表す図ある。 ＲＧＢのカラーフィルタの分光透過率を示す図である。 通常観察モードにおける撮像素子の撮像制御を説明するための図である。 酸素飽和度監視モードにおける撮像素子の撮像制御を説明するための図である。 酸素飽和度監視部の構成を示す図である。 モニタリング画像を表す図である。 ロックオンエリアを設定する手順を説明するための図である。 ロックオンエリアの位置特定に用いられるランドマークを説明するための図である。 酸素飽和度と信号比Ｂ１／Ｇ２、Ｒ２／Ｇ２との相関関係を示す図である。 ヘモグロビンの吸光係数を示す図である。 図１１のグラフにおいて信号比から酸素飽和度を求める方法を説明するための説明図である。 ロックオンエリアの位置更新を説明するための図である。 本発明の作用を説明するための図である。 第２実施形態における腹腔鏡システムの内部構成を表す図である。 白色光の発光スペクトルを表す図である。 回転フィルタを示す図である。 図１８の回転フィルタとは別の透過特性を有する回転フィルタを示す図である。 内視鏡システムを示す図である。

図１に示すように、第１実施形態の腹腔鏡システム２では、手術台３に寝かされた被検者Ｐの体腔内を腹腔鏡装置１２で観察して手術部位を特定するとともに、その特定した手術部位に対して、電気メスなどの処置具５を使って手術を施す。体腔内の観察には、所定の波長範囲の光を発する光源装置１１と、光源装置１１から発せられる光を導光して被検体の被観察領域に照明光を照射し、その反射光等を撮像する腹腔鏡装置１２と、腹腔鏡装置１２で得られた画像信号を画像処理するプロセッサ装置１３と、画像処理によって得られた画像を表示する表示装置１４が用いられる。また、体腔内の視野・術野を確保するために、体腔を気腹させるCO2ガスを体腔に供給する気腹装置１６が用いられる。

処置具５及び腹腔鏡装置１２は、それぞれトラカール１７，１８を介して、体腔内に挿入される。これらトラカール１７，１８は金属製の中空管１７ａ，１８ａと術者把持部１７ｂ，１８ｂを備えており、術者が術者把持管１７ｂ，１８ｂを把持した状態で、中空管１７ａ，１８ａの先鋭状先端を腹部に刺し込むことにより、中空管１７ａ、１８ａが体腔内に挿入される。このように中空管１７ａ，１８ａが体腔内に挿入されたトラカール１７，１８に対して、処置具５及び腹腔鏡装置１２のそれぞれが挿入される。

腹腔鏡システム２は、波長範囲が青色から赤色に及ぶ可視光の被検体像からなる通常光画像を表示装置１４に表示する通常観察モードと、血管バイパス手術などにおいて手術上重要な血管などを含む関心領域の酸素飽和度の経時的変化を監視する酸素飽和度監視モードを備えている。これらモードは、腹腔鏡装置１２の切り替えスイッチ１７や入力装置１５から入力される指示に基づき、適宜切り替えられる。

図２に示すように、光源装置１１は、２種のレーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２と、光源制御部２０と、合波器２１と、分波器２２とを備えている。レーザ光源ＬＤ１は、酸素飽和度の測定に用いられる狭帯域光（酸素飽和度測定光）を発生させる。この酸素飽和度測定光の中心波長は４７３ｎｍである。レーザ光源ＬＤ２は、腹腔鏡装置１２の先端部に配置された蛍光体５０から白色光（疑似白色光）を発生させるための励起光を発生させる。この励起光の中心波長は４４５ｎｍである。

各レーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２から発せられる光は、集光レンズ（図示省略）を介してそれぞれ対応する光ファイバ２４，２５に入射する。なお、レーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２は、ブロードエリア型のＩｎＧａＮ系レーザダイオードが使用でき、また、ＩｎＧａＮＡｓ系レーザダイオードやＧａＮＡｓ系レーザダイオード等を用いることもできる。

光源制御部２０は、レーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２を制御することによって、各レーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２の発光タイミングや各レーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２間の光量比を調節する。本実施形態では、通常観察モードのときには、レーザ光源ＬＤ１をオフにし、レーザ光源ＬＤ２をオンにする。一方、酸素飽和度監視モードのときには、レーザ光源ＬＤ１をオンにしたときはレーザ光源ＬＤ２をオフにし、反対にレーザ光源ＬＤ１をオフにしたときはレーザ光源ＬＤ２をオンにする。この切替は一定時間毎に繰り返し行われる。

合波器２１は、各光ファイバ２４，２５からの光を合波させる。合波した光は、分波器である分波器２２によって４系統の光に分波される。分波された４系統の光のうち、レーザ光源ＬＤ１からの光はライトガイド２６，２７で伝送され、レーザ光源ＬＤ２からの光はライトガイド２８、２９で伝送される。ライトガイド２６〜２９は多数の光ファイバを束ねたバンドルファイバなどから構成される。なお、合波器２１及び分波器２２を用いずに、各レーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２からの光を直接ライトガイド２６〜２９に入れる構成としてもよい。

腹腔鏡装置１２は、腹腔鏡スコープ３２と、ライトガイド２６〜２９で伝送される４系統（４灯）の光を照射する照明部３３と、被観察領域を撮像する１系統の撮像部３４と、腹腔鏡スコープ３２の先端部の湾曲操作や観察のための操作を行う操作部３５と、腹腔鏡スコープ３２と光源装置１１及びプロセッサ装置１３とを着脱自在に接続するコネクタ部３６を備えている。

照明部３３は、撮像部３４の両脇に設けられた２つの照明窓４３，４４を備えており、各照明窓４３，４４は、酸素飽和度測定光と白色光の２種類の光を被観察領域に向けて照射する。撮像部３４は、腹腔鏡スコープ３２の先端部の略中心位置に、被写体領域からの反射光等を撮像する１つの観察窓４２を備えている。

照明窓４３の奥には２つの投光ユニット４６，４７が収納されている。一方の投光ユニット４６では、ライトガイド２６からの酸素飽和度測定光を、レンズ４８を介して被観察領域に向けて照射する。もう一方の投光ユニット４７では、ライトガイド２８からの励起光を蛍光体５０に当てて白色光を発光させ、その白色光をレンズ５１を介して被観察領域に向けて照射する。なお、他方の照明窓４４の奥にも、上記投光ユニット４６と同様の投光ユニット５３と、上記投光ユニット４７と同様の投光ユニット５４の２つが収納されている。

図３に示すように、４つの投光ユニット４６，４７，５３，５４は、蛍光体５０を備える投光ユニット４７，５４の出射面間を結ぶ直線Ｌ１と、蛍光体５０を備えていない投光ユニット４６，５３の出射面間を結ぶ直線Ｌ２とが、観察窓４２の中心部で交差するように、互い違いに配置されている。このような配置にすることによって、照明ムラの発生を防止することができる。

蛍光体５０は、レーザ光源ＬＤ２からの励起光の一部を吸収して緑色〜黄色に励起発光する複数種の蛍光物質（例えばＹＡＧ系蛍光物質、或いはＢＡＭ（ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７）等の蛍光物質）を含んで構成される。励起光が蛍光体５０に照射されると、蛍光体５０から発せられる緑色〜黄色の励起発光光（蛍光）と、蛍光体５０により吸収されず透過した励起光とが合わされて、白色光（疑似白色光）が生成される。なお、蛍光体５０は、商品名としてマイクロホワイト（登録商標）（Micro White（ＭＷ））とも呼ばれている。

したがって、蛍光体５０を備える投光ユニット４７，５４から発せられる白色光は、図４に示すように、中心波長４４５ｎｍの励起光の波長範囲と、その励起光によって励起発光する蛍光において発光強度が増大する概ね４５０ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲とを有する発光スペクトルとなる。一方、蛍光体５０を備えていない投光ユニット４６，５３から発せられる酸素飽和度測定光は、中心波長４７３ｎｍの近傍に波長範囲を有する発光スペクトルとなる。

なお、ここで、本発明でいう白色光とは、厳密に可視光の全ての波長成分を含むものに限らず、例えば、上述した疑似白色光を始めとして、基準色であるＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）等、特定の波長帯の光を含むものであればよい。つまり、本発明のいう白色光には、例えば、緑色から赤色にかけての波長成分を含む光や、青色から緑色にかけての波長成分を含む光等も広義に含まれるものとする。

観察窓４２の奥には、被検体の被観察領域の像光を取り込むための対物レンズユニット（図示省略）等の光学系が設けられており、さらにその対物レンズユニットの奥には、被観察領域の像光を受光して被観察領域を撮像するＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）などの撮像素子６０が設けられている。

撮像素子６０は、対物レンズユニットからの光を受光面（撮像面）で受光し、受光した光を光電変換して撮像信号（アナログ信号）を出力する。撮像素子６０はカラーＣＣＤであり、その受光面には、Ｒ色のカラーフィルタが設けられたＲ画素、Ｇ色のカラーフィルタが設けられたＧ画素、Ｂ色のカラーフィルタが設けられたＢ画素を１組とする画素群が、多数マトリックス状に配列されている。

Ｂ色、Ｇ色、Ｒ色のカラーフィルタは、それぞれ図５に示すような分光透過率６３，６４，６５を有している。したがって、被観察領域からの反射光等のうち白色光はＢ色、Ｇ色、Ｒ色のカラーフィルタのカラーフィルタの全てを透過するため、撮像素子６０のＢ画素、Ｇ画素、Ｒ画素の全てから一定以上の輝度値を有する撮像信号が出力される。一方、酸素飽和度測定光は、中心波長が４７３ｎｍであるため、Ｂ画素から一定以上の輝度値を有する撮像信号が出力される一方、Ｇ画素及びＲ画素からは輝度値が非常に小さい又はほぼ「０」の撮像信号が出力される。

撮像素子６０から出力される撮像信号（アナログ信号）は、スコープケーブル６７を通じてＡ／Ｄ変換器６８に入力される。Ａ／Ｄ変換器６８は、撮像信号（アナログ信号）をその電圧レベルに対応する画像信号（デジタル信号）に変換する。変換後の画像信号は、コネクタ部３６を介して、プロセッサ装置１３の通常光画像生成部８０又は酸素飽和度監視部８２に入力される。

撮像制御部７０は撮像素子６０の撮像制御を行う。図６Ａに示すように、通常観察モード時には、１フレーム期間内で、白色光（４４５ｎｍ＋蛍光体（本実施形態では４４５ｎｍの励起光を蛍光体５０に当てて白色光を発生させるため、このように表記する））を光電変換して得られる電荷を蓄積するステップと、蓄積した電荷を読み出すステップの合計２ステップが行われる。これにより、通常光画像の画像信号が得られる。この撮像制御は、通常観察モードに設定されている間、繰り返し行われる。

一方、酸素飽和度監視モード時には、図６Ｂに示すように、１フレーム期間内で、酸素飽和度測定光（４７３ｎｍの狭帯域光）を光電変換して得られる電荷を蓄積するステップと、蓄積した電荷を読み出すステップの合計２ステップが行われる（１フレーム目）。そして、その次に、１フレーム期間内で、白色光（４４５ｎｍ＋ＭＷ）を光電変換して得られる電荷を蓄積するステップと、蓄積した電荷を読み出すステップの合計２ステップが行われる（２フレーム目）。これにより、１フレーム目の特殊光画像と２フレーム目の通常光画像とからなる測定用画像群の画像信号が得られる。この撮像制御は、酸素飽和度監視モードに設定されている間、繰り返し行われる。

なお、以下の説明のために、１フレーム目の特殊光画像の画像信号のうち、撮像素子６０のＢ画素から出力される青色信号をＢ１と、Ｇ画素から出力される緑色信号をＧ１と、Ｒ画素から出力される赤色信号をＲ１とする。また、２フレーム目の画像信号のうち、Ｂ画素から出力される青色信号をＢ２と、Ｇ画素から出力される緑色信号をＧ２と、Ｒ画素から出力される赤色信号をＲ２とする。

図２に示すように、プロセッサ装置１３は、制御部７２と、記憶部７４と、通常光画像生成部８０と、酸素飽和度監視部８２とを備えており、制御部７２には表示装置１４及び入力装置１５が接続されている。制御部７２は、腹腔鏡装置１２の切り替えスイッチ１７、ロックオンＳＷ１９、入力装置１５から入力される入力情報に基づいて、通常光画像生成部８０、酸素飽和度監視部８２、光源装置１１の光源制御部２０、腹腔鏡装置１２の撮像制御部７０、及び表示装置１４の動作を制御する。

通常光画像生成部８０は、通常観察モード時に得られる画像信号に対して所定の画像処理を施すことによって、通常光画像を生成する。生成された通常光画像は、表示装置１４に表示される。

酸素飽和度監視部８２は、酸素飽和度監視モード下において、体腔内の関心領域における酸素飽和度の経時変化を測定することで、関心領域の酸素状態を監視する。酸素飽和度監視部８２は、図７に示すように、測定用画像群を取り込む画像取込部８５と、体腔内の最新画像と酸素飽和度の経時的変化を表示装置１４に表示するためのモニタリング画像９４（図８参照）を生成するモニタリング画像生成部８６と、関心領域の動きに追従させるロックオンエリア９８（図９参照）を設定するロックオンエリア設定部８７と、ロックオンエリア９８内の画像情報を取得する画像情報取得部８８と、画像情報取得部８８で取得した画像情報に基づいて、ロックオンエリア９８内の酸素飽和度を算出する酸素飽和度算出部８９と、ロックオンエリアの設定後、測定用画像群を取り込む毎に、ロックオンエリア９８の位置を更新するロックオンエリア更新部９０と、ロックオンエリア９８内の酸素飽和度が一定値を下回った時に警告音を発するアラーム部９１とを備えている。

画像取込部８５は、撮像素子６０で撮像を行った順に測定用画像群を取り込み、取り込んだ測定用画像群をモニタリング画面生成部８６、ロックオンエリア設定部８７、及びロックオンエリア更新部９０に送信する。モニタリング画像生成部８６は、図８に示すように、測定用画像群のうち最新の通常光画像である観察画像９２と、その観察画像９２の隣に位置し、関心領域の酸素飽和度を時系列的に表すグラフ９３とからなるモニタリング画像９４を生成する。このモニタリング画像９４は、画像取込部８５から測定用画像群を取り込むごとに行われ、また酸素飽和度算出部８９で酸素飽和度を算出するごとに生成される。生成されたモニタリング画像９４は、表示装置１４に表示される。なお、グラフ９３上への酸素飽和度の値のプロットは、グラフ作成部８６ａにより行われる。

ロックオンエリア設定部８７は、図９（Ａ）に示すように、観察画像９２の所定位置に矩形状の測定対象指定エリア９６を表示する。術者などは、体腔内の関心部位（例えばRITA（右内胸動脈）やLITA（左内胸動脈）など（図９では関心部位をRITAの一部とする））を含む関心領域が測定対象指定エリア９６に入るように、腹腔鏡スコープ３２の先端部や入力装置１５を操作する。そして、関心領域が測定対象指定エリア９６に入ったら、ロックオンＳＷ１９を押圧操作する。これにより、図９（Ｂ）に示すように、その関心領域がロックオンエリア９８として設定される。これ以降、このロックオンエリア９８（関心領域）の酸素飽和度の経時的変化が測定される。

ロックオンエリア９８を設定した後は、そのロックオンエリア９８を設定したときの第１測定用画像群（第１通常光画像、第１特殊光画像）に加えて、その第１測定用画像群の後に取り込まれる第２測定用画像群（第２通常光画像、第２特殊光画像）、・・・、第ｎ測定用画像群（ｎは２以上の自然数）、・・・が、順次画像情報取得部８８に送信される。なお、第ｎ測定用画像群は、「ｎ」は値が大きくなるほど後の時刻に撮像された（取り込んだ）ものであることを表している。

画像情報取得部８８は、図１０に示すように、第１測定用画像群のうち第１通常光画像から、一定の特徴量を有する複数のランドマーク１００を抽出する。これらランドマーク１００は第１測定用画像群の後に取り込まれる第ｎ測定用画像群からロックオンエリア９８の位置を特定するために用いられる。ランドマーク１００の特徴量は、例えば、体腔内の血管走行をエッジ検出処理することで得られる。エッジ検出の対象となる部分としては、例えば、血管とその近傍の生体組織の境界部分や血管が交差する部分が挙げられる。

なお、図１０では図が複雑になることを避けるために、一部のランドマークのみに符号１００を付している。また、ランドマーク１００の抽出は、血管走行などの生体の構造が明確に写し出されている通常光画像から行うが、特殊光画像においても生体の構造が明確に写し出されている場合には、特殊光画像からランドマーク１００の抽出を行ってもよい。

また、画像情報取得部８８は、測定用画像群のうち特殊光画像からロックオンエリア９８部分の信号値（青色信号Ｂ１´、緑色信号Ｇ１´、赤色信号Ｒ１´）を抽出するとともに、通常光画像からロックオンエリア９８部分の信号値（青色信号Ｂ２´、緑色信号Ｇ２´、赤色信号Ｒ２´）を抽出する。抽出した信号値は、関心領域の酸素飽和度の算出に用いられる。

酸素飽和度算出部８９は、画像情報取得部８８で求めたロックオンエリア９８部分の信号値に基づき、信号比算出部８９ａ、相関関係記憶部８９ｂ、及び演算部８９ｃ（図７参照）によって、ロックオンエリア９８の酸素飽和度を算出する。信号比算出部８９ａは、ロックオンエリア９８部分の画像信号において、特殊光画像及び通常光画像間で同じ位置にある画素間の信号比を算出する。本実施形態では、信号比算出部８９ａは、特殊光画像の青色信号Ｂ１´と通常光画像の緑色信号Ｇ２´との信号比Ｂ１´／Ｇ２´と、通常光画像の緑色信号Ｇ２´と赤色信号Ｒ２´との信号比Ｒ２´／Ｇ２´とを求める。

相関関係記憶部８９ｂは、酸素飽和度監視モード下で取得した画像信号全体の信号比Ｂ１／Ｇ２及びＲ２／Ｇ２と酸素飽和度との相関関係を記憶している。信号比と酸素飽和度との相関関係は、図１１に示す二次元空間上に酸素飽和度の等高線を定義した２次元テーブルで記憶されている。この等高線の位置、形は光散乱の物理的なシミュレーションで得られ、血液量に応じて変わるように定義されている。例えば、血液量の変化があると、各等高線間の間隔が広くなったり、狭くなったりする。なお、信号比Ｂ１／Ｇ２，Ｒ２／Ｇ２はlogスケールで記憶されている。

なお、上記相関関係は、図１２に示すような酸化ヘモグロビンや還元ヘモグロビンの吸光特性や光散乱特性と密接に関連性し合っている。図１２において、曲線１０２は酸化ヘモグロビンの吸光係数を、曲線１０３は還元ヘモグロビンの吸光係数を示している。例えば、４７３ｎｍのように吸光係数の差が大きい波長では、酸素飽和度の情報を取り易い。しかしながら、４７３ｎｍの光に対応する信号を含む青色信号は、酸素飽和度だけでなく血液量にも依存度が高い。そこで、青色信号Ｂ１に加え、主として血液量に依存して変化する光に対応する赤色信号Ｒ２と、青色信号Ｂ１と赤色信号Ｒ２のリファレンス信号となる緑色信号Ｇ２から得られる信号比Ｂ１／Ｇ２及びＲ２／Ｇ２を用いることで、血液量に依存することなく、酸素飽和度を正確に求めることができる。

また、血中ヘモグロビンの吸光係数の波長依存性から、以下の３つのことが言える。
・波長４７０ｎｍ近辺（例えば、中心波長４７０ｎｍ±１０ｎｍの青色の波長領域）では酸素飽和度の変化に応じて吸光係数が大きく変化する。
・５４０〜５８０ｎｍの緑色の波長範囲で平均すると、酸素飽和度の影響を受けにくい。
・５９０〜７００ｎｍの赤色の波長範囲では、酸素飽和度によって一見吸光係数が大きく変化するように見えるが、吸光係数の値自体が非常に小さいので、結果的に酸素飽和度の影響を受けにくい。

演算部８９ｃは、相関関係記憶部８９ｂに記憶された相関関係と信号比算出部８９ａで求めた信号比Ｂ１´／Ｇ２´、Ｒ２´／Ｇ２´とを用いて、ロックオンエリア内の酸素飽和度を求める。酸素飽和度の算出に当たっては、まず、図１３に示すように、二次元空間において信号比Ｂ１´／Ｇ２´、Ｒ２´／Ｇ２´に対応する対応点Ｐを特定する。

そして、対応点Ｐが酸素飽和度＝０％限界の下限ライン１０５と酸素飽和度＝１００％限界の上限ライン１０６との間にある場合、その対応点Ｐが位置する等高線のパーセント値が、酸素飽和度となる。例えば、図１３の場合であれば、対応点Ｐが位置する等高線は６０％を示しているため、この６０％が酸素飽和度となる。算出された酸素飽和度は、グラフ作成部８６ａによって、モニタリング画像９４上のグラフ９３にプロットされる。

なお、対応点Ｐが下限ライン１０５と上限ライン１０６との間から外れている場合には、対応点Ｐが下限ライン１０５よりも上方に位置するときには酸素飽和度を０％とし、対応点Ｐが上限ライン１０６よりも下方に位置するときには酸素飽和度を１００％とする。なお、対応点Ｐが下限ライン１０５と上限ライン１０６との間から外れている場合には、その画素における酸素飽和度の信頼度を下げて表示しないようにしてもよい。

ロックオンエリア更新部９０では、図１４（Ａ）に示すように、第１測定用画像群の後に取り込まれる第ｎ測定用画像群のうち第ｎ通常光画像から、複数のランドマーク１１０を抽出する。ランドマーク１１０の抽出は、上記のランドマーク１００と同様に行う。そして、第１通常光画像上のランドマーク１００と第ｎ通常光画像上のランドマーク１１０とで特徴量が略一致するものを特定するとともに、それら特徴量が略一致するランドマーク１００，１１０間の移動量Ｍを求める。そして、その移動量Ｍから、第１及び第ｎ通常光画像間における動き量を取得する。なお、図１４では図が複雑になることを避けるために、一部のランドマークのみに符号１００，１１０を付している。

そして、図１４（Ｂ）に示すように、取得した動き量に従って、第ｎ測定用画像群におけるロックオンエリア９８の位置を変更する。これにより、ロックオンエリア９８の位置が更新される。ロックオンエリア９８の位置が変更されたら、上記と同様にして、ロックオンエリア９８内の酸素飽和度を再測定する。

次に、本発明の作用について図１５のフローチャートに沿って説明する。腹腔鏡装置の切り替えスイッチ１７によって、酸素飽和度監視モードに切り替えられると、中心波長４７３ｎｍの酸素飽和度測定光と中心波長４４５ｎｍの励起光で励起発光される白色光とが交互に体腔内に照射され、それぞれの光の照射毎に、Ｂ画素、Ｇ画素、Ｒ画素からなるカラーＣＣＤである撮像素子６０で撮像される。これにより、酸素飽和度測定光の照射・撮像により得られる特殊光画像と白色光の照射・撮像により得られる通常光画像とからなる測定用画像群が得られる。この測定用画像群の取得は、酸素飽和度監視モードに設定されている間、繰り返し行われる。

測定用画像群の取得毎に、表示装置１４にはモニタリング画像９４が表示される。モニタリング画像９４には、測定用画像群のうち通常光画像が観察画像９２として表示され、その観察画像９２の隣の位置に、関心領域の酸素飽和度を時系列的に表すグラフ９３が表示される。また、モニタリング画像９４の表示時には、ロックオンエリア９８の設定がされるまでの間、観察画像９８の所定位置に測定対象指定エリア９６が表示される。

術者は、表示装置１４に表示された観察画像を見ながら、関心領域が測定対象指定エリア９６に入るように、腹腔鏡スコープ３２の先端部や入力装置１５を操作する。そして、関心領域が測定対象指定エリア９６に入ったときに、ロックオンＳＷ１９を押圧操作する。これにより、関心領域がロックオンエリア９８として設定される（ロックオン開始）。

ロックオンエリア９８が設定されたら、その設定時の第１測定用画像のうち第１通常光画像から複数のランドマーク１００を抽出する。また、第１測定用画像のうち第１特殊光画像からロックオンエリア９８部分の信号値（Ｂ１´、Ｇ１´、Ｒ１´）を抽出するとともに、第１通常光画像からロックオンエリア９８部分の信号値（Ｂ２´、Ｇ２´、Ｒ２´）を抽出する。

ロックオンエリア９８部分の信号値が抽出されたら、信号比算出部８９ａによってロックオンエリア９８部分の信号比Ｂ１´／Ｇ２´と信号比Ｒ２´／Ｇ２´を求める。信号比が求まると、演算部８９ｃは、相関関係記憶部８９ｂに記憶している相関関係から、信号比Ｂ１´／Ｇ２´、Ｒ２´／Ｇ２´に対応する酸素飽和度を求める。これにより、ロックオンエリア９８の酸素飽和度が得られる。得られた酸素飽和度は、グラフ作成部８６ａによって、モニタリング画像９４上のグラフ９２にプロットされる。

次に、第１測定用画像の後に撮像された第２測定用画像のうち第２通常光画像から複数のランドマークを抽出する。そして、この第２通常光画像上のランドマークと第１通常光画像上のランドマークとで特徴量が略一致するものを特定するとともに、それら特徴量が略一致するランドマーク間の移動量Ｍを求める。この移動量Ｍから第１通常光画像及び第２通常光画像間の動き量を求め、この動き量に従って、ロックオンエリア９８の位置を更新する。そして、上記と同様にして、位置が更新されたロックオンエリア９８内の酸素飽和度を測定し、測定した酸素飽和度をグラフ９２上にプロットする。

そして、第３測定用画像群〜第ｎ測定用画像群に対しても、同様に、ロックオンエリア９８の更新を行い、更新ごとに酸素飽和度の測定及びグラフ９２へのプロットを行う。このロックオンエリア９８の更新ごとの酸素飽和度の測定及びグラフ９２へのプロットは、ロックオンＳＷ１９が再度押圧操作されるまで、繰り返し行われる。これにより、ロックオンエリア９８は、関心領域の動きに合わせて位置が移動するとともに、移動毎にロックオンエリア９８内の酸素飽和度が算出される。したがって、仮に、関心領域に大きな動きが生じたとしても、その関心領域の酸素飽和度の時間的変化を確実にモニタリングすることができる。

そして、ロックオンＳＷ１９が再び押圧操作されたら、ロックオンが解除される。これにより、ロックオンエリア９８に対する酸素飽和度の測定は終了する。これに伴って、観察画像９２上からロックオンエリア９８の表示が消え、再度、測定対象指定エリア９６が観察画像９２上に表示される。

図１６に示すように、第２実施形態の腹腔鏡システム１２０は、光源装置１１に回転フィルタ方式を採用するとともに、回転フィルタ１２２からの照明光を２つの投光ユニット４６及び５３から体腔内に照射する。なお、それ以外については、腹腔鏡システム１２０は腹腔鏡システム２と同様の構成を有しているので、説明を省略する。

腹腔鏡システム１２０には、第１実施形態におけるレーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２、光源制御部２０、及び合波器２１に代えて、図１７に示すような分光強度を有する白色光を発するキセノン光源等の広帯域光源１２１と、白色光のうち酸素飽和度測定光の波長成分のみを透過又は白色光をそのまま透過させる回転フィルタ１２２と、回転フィルタ１２２を透過した光が入射する光ファイバ１２３と、回転フィルタ１２２の回転を制御する回転制御部１２４が設けられている。光ファイバ１２３に入射した光は、分波器２２で２系統の光に分波され、分波された光はそれぞれライトガイド２６及び２７を介して、投光ユニット４６及び５３から被検体内に照射される。

図１８に示すように、回転フィルタ１２２は、白色光のうち波長範囲が４６０〜４８０ｎｍの酸素飽和度測定光（図４参照）を透過させるバンドフィルタ１２５と、白色光をそのまま透過させる開口部１２６とからなる。したがって、回転フィルタ１２２が回転することで、酸素飽和度測定光と白色光とが交互に被検体内に照射される。このとき、第１実施形態と同様に、酸素飽和度測定光が照射されたときに１フレーム目の画像信号を取得し、白色光が照射されたときに２フレーム目の画像信号を取得する。これら取得した２フレーム分の画像信号からなる測定用画像は、第１実施形態と同様に、ロックオンエリア９８部分の酸素飽和度の算出に用いられる。

この第２実施形態においては、白色光が図１７のような分光強度特性を有するため、通常光画像信号の青色信号Ｂ２には４００ｎｍ〜５３０ｎｍの波長範囲の光に対応する信号が含まれ、緑色信号Ｇ２には５４０ｎｍ〜５８０ｎｍの波長範囲の光に対応する信号が含まれ、赤色信号Ｒ２には５９０ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲の光に対応する信号が含まれる。

なお、第２実施形態では、図１８に示す回転フィルタ１２２に代えて、図１９に示すような回転フィルタ１３０を用いてもよい。この回転フィルタ１３０の第１透過部１３１は広帯域光源１２１からの白色光のうち４６０〜４８０ｎｍの波長範囲の第１透過光を透過させ、第２透過部１３２は白色光のうち５４０〜５８０ｎｍの波長範囲の第２透過光を透過させ、第３透過部１３３は白色光のうち５９０〜７００ｎｍの波長範囲の第３透過光を透過させる。この回転フィルタ１３０が回転すると、第１〜第３透過光が順次被検体に照射される。

回転フィルタ１３０を用いる場合には、モノクロの撮像素子６０によって、各透過光が照射される毎に撮像を行う。したがって、第１〜第３透過光の照射により、３フレーム分の画像信号が得られる。これら画像信号のうち、第１透過光を照射したときに得られる画像信号を青色信号Ｂとし、第２透過光を照射したときに得られる画像信号を緑色信号Ｇとし、第３透過光を照射したときに得られる画像信号を赤色信号Ｒとする。したがって、酸素飽和度の算出に用いられる信号比はＢ／Ｇ、Ｒ／Ｇとなる。Ｒ／Ｇは第１実施形態の信号比Ｒ２／Ｇ２に対応し、Ｂ／Ｇは第１実施形態の信号比Ｂ１／Ｇ２に対応する。

なお、上記第１及び第２実施形態では、腹腔鏡システムで本発明を実施したが、これに代えて、図２０に示すように、消化管などの管内を観察する内視鏡システム２００に対しても本発明の適用は可能である。

内視鏡システム２００は、上記光源装置１１、プロセッサ装置１３、及びモニタ１４と同様の機能を有する光源装置２０１、プロセッサ装置２０３、モニタ２０４を備えている。また、消化管用内視鏡２０２には、上記腹腔鏡装置１２と同様に、挿入部２０６の先端部２０６ａに、酸素飽和度測定光及び白色光を管内に向けて照射する４系統（４灯）の光を照射する照明部（上記第１及び第２実施形態の照明部３３に対応）と、被観察領域を撮像する１系統の撮像部（上記第１及び第２実施形態の撮像部３４に対応）とが設けられている。その他についても、消化管用内視鏡２０２は上記腹腔鏡装置１２と同様の機能を有している。

また、挿入部２０６の先端部２０６ａは、アングルノブ２１２を操作することにより、上下左右方向に湾曲動作する。したがって、このように先端部２０６ａが湾曲動作した場合には、関心領域を見失いやすいが、上記第１及び第２実施形態に示したように、関心領域をロックオンエリア９８として設定しておくことで、関心領域を見失うことはない。したがって、消化管用内視鏡２０２を用いる場合でも、関心領域の酸素状態の測定を確実に行うことができる。

なお、上記第１及び第２実施形態では、エッジ検出処理により得られるランドマークを使ってロックオンエリアの更新を行ったが、その他、血管太さ、血管深さ、血管形状など酸素飽和度以外の各種パラメータを使ってロックオンエリアの更新を行ってもよい。

２，１２０ 腹腔鏡システム
１２ 腹腔鏡装置
１３ プロセッサ装置
８２ 酸素飽和度監視部
８６ モニタリング画像生成部
８６ａ グラフ作成部
８７ ロックオンエリア設定部
８８ 画像情報取得部
８９ 酸素飽和度算出部
９０ ロックオンエリア更新部
９１ アラーム部
９３ グラフ
９４ モニタリング画像
９８ ロックオンエリア
１００，１１０ ランドマーク
２００ 内視鏡システム

Claims (12)

1. 光の波長に関する分光情報を少なくとも２種以上含む被検体画像を一定時間毎に取得する画像取得手段と、
   被検体の関心領域の動きに追従するロックオンエリアを、前記被検体画像上の関心領域に設定するロックオン設定手段と、
   前記被検体画像のうち前記ロックオンエリア部分の画像に基づいて、前記ロックオンエリアにおける酸素飽和度の時間的変化を監視するために用いられるモニタリング画像を生成するモニタリング画像生成手段と、
   前記モニタリング画像を表示する表示手段とを備えることを特徴とする医療装置システム。
2. 前記モニタリング画像生成手段は、
   前記被検体画像を取得する毎に、前記関心領域の動きに合わせて前記ロックオンエリアの位置を更新する位置更新部と、
   前記ロックオンエリアの位置を更新する毎に、前記ロックオンエリア内の酸素飽和度を算出する酸素飽和度算出部と、
   算出した酸素飽和度を時系列的に表すグラフを含むモニタリング画像を生成するモニタリング画像生成部とを有することを特徴とする請求項１記載の医療装置システム。
3. 前記位置更新部は、前記被検体画像を取得する毎に、前記ロックオンエリアの位置を特定するためのロックオンエリア特定マーカを前記被検体画像から抽出し、その抽出したロックオンエリア特定マーカを用いて前記ロックオンエリアの位置を更新することを特徴とする請求項２記載の医療装置システム。
4. 前記位置更新部は、画像取得タイミングが異なる複数の被検体画像間の動き量を前記ロックオンエリア特定マーカを用いて算出し、その算出した動き量に従って前記ロックオンエリアの位置を更新することを特徴とする請求項３記載の医療装置システム。
5. 前記酸素飽和度算出部は、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸光係数が異なる波長の光に関する２種類の分光情報を含む被検体画像に基づいて、前記ロックオンエリア内の酸素飽和度を算出することを特徴とする請求項２ないし４いずれか１項記載の医療装置システム。
6. 前記表示手段は、前記モニタリング画像内において、前記グラフと同時に、最新の被検体画像を表示することを特徴とする請求項１ないし５いずれか１項記載の医療装置システム。
7. 前記ロックオンエリアにおける酸素飽和度が一定値以下となったときに、アラームを発するアラーム手段を備えることを特徴とする請求項１ないし６いずれか１項記載の医療装置システム。
8. 前記画像取得手段は、特定波長の狭帯域光と波長が広帯域に及ぶ広帯域光を交互に照射し、それぞれの光を照射する毎にカラーの撮像素子で撮像することにより、前記被検体画像を取得することを特徴とする請求項１ないし７いずれか１項記載の医療装置システム。
9. 前記画像取得手段は、互いに波長が異なる複数の狭帯域光を被検体に順次照射し、各狭帯域光の照射毎にモノクロの撮像素子で撮像することにより、前記被検体画像を取得することを特徴とする請求項１ないし７いずれか１項記載の医療装置システム。
10. 前記画像取得手段は、腹腔内を腹腔鏡装置で撮像することで得られる腹腔鏡画像を取得することを特徴とする請求項１ないし９いずれか１項記載の医療装置システム。
11. 前記画像取得手段は、消化管を含む管内を内視鏡装置で撮像することにより得られる管内画像を取得することを特徴とする請求項１ないし９いずれか１項記載の医療装置システム。
12. 光の波長に関する分光情報を少なくとも２種以上含む被検体画像を、画像取得手段によって一定時間毎に取得するステップと、
    被検体の関心領域の動きに追従するロックオンエリアを、前記被検体画像上の関心領域に設定する処理を、ロックオン設定手段で行うステップと、
    前記ロックオンエリアにおける酸素飽和度の時間的変化を監視するために用いられるモニタリング画像を、前記被検体画像のうち前記ロックオンエリア部分の画像を用いてモニタリング画像生成手段で生成するステップと、
    前記モニタリング画像を表示装置に表示するステップとを備えることを特徴とする生体情報監視方法。

Images