JP2015152480A - Method and device for observing formation of blood clot or blood clotting and its growth - Google Patents

Method and device for observing formation of blood clot or blood clotting and its growth Download PDF

Info

Publication number
JP2015152480A
JP2015152480A JP2014027586A JP2014027586A JP2015152480A JP 2015152480 A JP2015152480 A JP 2015152480A JP 2014027586 A JP2014027586 A JP 2014027586A JP 2014027586 A JP2014027586 A JP 2014027586A JP 2015152480 A JP2015152480 A JP 2015152480A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
image
wavelength
blood
thrombus
growth
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2014027586A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6284145B2 (en
Inventor
大輔 迫田
Daisuke Sakota
大輔 迫田
丸山 修
Osamu Maruyama
修 丸山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST filed Critical National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority to JP2014027586A priority Critical patent/JP6284145B2/en
Publication of JP2015152480A publication Critical patent/JP2015152480A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6284145B2 publication Critical patent/JP6284145B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and a device that make it possible to detect formation of blood clot or blood clotting over a wide range in a blood flow channel and observe its growth.SOLUTION: A method for observing formation of blood clot or blood clotting and its growth in a blood flow channel is provided in which a blood flow channel is continuously imaged at two wavelengths of a short-wavelength-side reference wavelength and a long-wavelength-side measurement wavelength, each having a wavelength of at least 600 nm or more, and a difference image in brightness between the image at the measurement wavelength and an image at the reference wavelength is given. A device for observing formation of blood clot or blood clotting and its growth in a blood flow channel is provided which includes: a camera that continuously images the blood flow channel; and image analysis means that, at two wavelengths of the short-wavelength-side reference wavelength and the long-wavelength-side measurement wavelength, each having a wavelength of at least 600 nm or more, gives a difference image in brightness between the image at the measurement wavelength and the image at the reference wavelength.

Description

本発明は、血栓や血液の凝固の形成その成長を観察する方法及びその装置に関し、特に、血液流路内の広い範囲に亘って血栓や血液の凝固の形成を検出しその成長を観察することを可能とする方法及びその装置に関する。   The present invention relates to a method and apparatus for observing the formation and growth of thrombus and blood clots, and in particular, to detect the formation of thrombus and blood clots over a wide range in a blood flow path and observe the growth. The present invention relates to a method and an apparatus thereof.

血管中に形成された血栓の引き起こす疾病として、脳梗塞やエコノミー症候群などが知られている。また、人工心肺や血液透析装置などのように体外に血液を導いて処理する装置にあっても、その内部の血液流路内に血液の凝固を生じると、血液を体内に戻したときに血栓となってしまう。また、血液の凝固が成長すると流路内で滞留し機器に不調を生じさせてしまうこともある。そこで、血栓や血液の凝固の形成やその成長について外部観察できる方法が求められている。   Known diseases caused by blood clots formed in blood vessels include cerebral infarction and economy syndrome. Even in a device that guides blood outside the body, such as an oxygenator or a hemodialysis machine, if blood clots in the blood flow path inside the device, a thrombus is found when the blood is returned to the body. End up. Further, when blood coagulation grows, it may stay in the flow path and cause malfunction of the device. Therefore, there is a need for a method that enables external observation of the formation and growth of blood clots and blood clots.

例えば、特許文献1では、血管を傷つけることなく、血管の外部から流動中の血液内の血栓を正確かつ簡単に計測する方法として、血液層にこれを比較的通過しやすい600nm〜1200nmのレーザー光又は発光ダイオード光をパルス光として照射し、各パルスに対する反射光又は透過光の光量を計測する方法を開示している。ここでは、レーザー光の光路内に血栓などの通常の組成でない物質が入り込むことで部分的にヘモグロビン密度差や反射率差を生じることから、血栓の存在が光量の変化となって現れることを利用している。一方、ヘマトクリットなどの変化も同様にヘモグロビン密度の変化に関係し光量変化を与えるが、その変化は緩やかであって、血栓の有無のような急激な変化を与えないことから、これとは容易に識別が可能であるとしている。   For example, in Patent Document 1, as a method for accurately and easily measuring a thrombus in blood flowing from the outside of a blood vessel without damaging the blood vessel, a laser beam having a wavelength of 600 nm to 1200 nm that is relatively easy to pass through the blood layer. Alternatively, a method of irradiating light emitting diode light as pulse light and measuring the amount of reflected light or transmitted light with respect to each pulse is disclosed. Here, the presence of a thrombus appears as a change in the amount of light because a non-normal composition such as a blood clot enters the optical path of the laser beam, resulting in a partial difference in hemoglobin density or reflectance. doing. On the other hand, changes such as hematocrit are also related to changes in hemoglobin density and give a change in light intensity, but the change is gradual and does not give a sudden change such as the presence or absence of a thrombus. It can be identified.

また、特許文献2では、血液透析装置の如く体外に導かれた血液を透明チューブ内を通過させ、これに光学監視手段と超音波監視手段とを組合わせて与え、血液塊のような固体物を空気泡と区別して測定又は監視する方法を開示している。血液塊を検出する光学監視手段の光学センサには、赤血球のヘモグロビンによる吸収の極めて少なく、含有酸素に影響を受けない約805nmの波長域の光源が最適であるとしている。   Further, in Patent Document 2, blood guided outside the body like a hemodialysis apparatus is allowed to pass through a transparent tube, which is provided with a combination of optical monitoring means and ultrasonic monitoring means, and a solid substance such as a blood clot. Discloses a method of measuring or monitoring the air bubbles separately from the air bubbles. For the optical sensor of the optical monitoring means for detecting the blood clot, it is said that a light source having a wavelength region of about 805 nm that is extremely less absorbed by hemoglobin of red blood cells and is not affected by oxygen contained therein is optimal.

ところで、広い範囲に亘って特定物質などの平面分布を測定する方法として、分光画像を利用した方法が提案されている。例えば、白色光を光源として、CCDカメラで撮影された画像を色階調に分けて解析することで、平面内の画素領域毎に分光測定を行うことが出来るのである。   By the way, as a method for measuring a planar distribution of a specific substance or the like over a wide range, a method using a spectral image has been proposed. For example, by using white light as a light source and analyzing an image captured by a CCD camera by dividing it into color gradations, it is possible to perform spectroscopic measurement for each pixel region in the plane.

例えば、特許文献3では、生体皮膚の検査表面の反射光から430nmを含む±50nm以内の波長帯域の分光画像を得て血液分布を可視化する方法を開示している。生体組織から反射されて来る光の中で430nmを中心とする波長帯域の光の光量は皮膚表面の酸素化ヘモグロビン量に対応したものであるから、この波長帯域の反射光をCCDカメラで撮像して皮膚表面の酸素化ヘモグロビン量、つまり、血液量の分布を知ることが出来る。ここでは、血液量(酸素化ヘモグロビン)の多い部位では光の吸収量が多くなるので暗く、逆に少ない部位は明るくなり、これらの明度分布によって血液量の分布を知ることが出来るとしている。   For example, Patent Document 3 discloses a method of visualizing blood distribution by obtaining a spectral image in a wavelength band within ± 50 nm including 430 nm from reflected light from a test surface of living skin. The amount of light in the wavelength band centered at 430 nm among the light reflected from the living tissue corresponds to the amount of oxygenated hemoglobin on the skin surface, so the reflected light in this wavelength band is imaged with a CCD camera. Thus, the oxygenated hemoglobin amount on the skin surface, that is, the blood volume distribution can be known. Here, the amount of light absorption increases at a site where the blood volume (oxygenated hemoglobin) is large, so that it is dark, and conversely the site where the volume is low is bright, and the distribution of blood volume can be known from these brightness distributions.

特開2002−345787号公報JP 2002-345787 A 特開2013−534160号公報JP 2013-534160 A 特開平8−327531号公報JP-A-8-327531

狭い血液流路内にセンサープローブを設けたスキャン方式では、ある場所で留まっている血栓や、広い血液流路内での血栓や血液の凝固の形成を検出し、その成長を観察することはできない。そこで広い範囲に亘って平面分布を測定できる上記したような分光画像の利用が考慮される。   A scanning method with a sensor probe in a narrow blood flow path cannot detect thrombus remaining in a certain place, thrombus or blood clot formation in a wide blood flow path, and observe its growth . Therefore, the use of the above-described spectral image capable of measuring the planar distribution over a wide range is considered.

本発明は、以上のような状況に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、血液流路内の広い範囲に亘って血栓や血液の凝固の形成を検出しその成長を観察することを可能とする方法及びその装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above situation, and the object of the present invention is to detect the formation of thrombus and blood coagulation over a wide range in the blood channel and observe its growth. It is an object of the present invention to provide a method and an apparatus thereof.

本発明による方法は、血液流路内において血栓や血液の凝固の形成その成長を観察する方法であって、少なくとも600nm以上であって短波長側の参照波長と長波長側の測定波長との2つの波長で前記血液流路を連続的に撮像し、前記参照波長での画像に対する前記測定波長での画像の輝度の差分画像を与えることを特徴とする。   The method according to the present invention is a method for observing the formation and growth of thrombus and blood coagulation in the blood flow path, and is at least 600 nm, which is a reference wavelength on the short wavelength side and a measurement wavelength on the long wavelength side. The blood channel is continuously imaged at one wavelength, and a difference image of the luminance of the image at the measurement wavelength with respect to the image at the reference wavelength is given.

かかる発明によれば、撮像された血液流路内の広い範囲に亘って血栓や血液の凝固の形成を検出しその成長を差分画像によって観察することができるのである。   According to this invention, formation of a thrombus or blood coagulation can be detected over a wide range in the imaged blood flow path, and the growth can be observed by a differential image.

上記した発明において、前記画像は透過光によって与えられ、前記輝度値の増加を示す画像を与えることを特徴としてもよい。若しくは、前記画像は反射光によって与えられ、前記輝度値の低下を示す画像を与えることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、撮像された血液流路内の広い範囲に亘って血栓や血液の凝固の形成を検出しその成長をより明瞭な差分画像によって観察することができるのである。   In the above-described invention, the image may be given by transmitted light, and an image showing an increase in the luminance value may be given. Alternatively, the image may be given by reflected light, and an image showing a decrease in the luminance value may be given. According to this invention, the formation of a thrombus or blood clot can be detected over a wide range in the imaged blood flow path, and its growth can be observed with a clearer differential image.

上記した発明において、前記参照波長及び前記測定波長は670nmを挟んで与えることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、血液の凝固により波長670nm以上の光透過性が上がることから、撮像された血液流路内の広い範囲に亘って血栓や血液の凝固の形成を検出しその成長をより明瞭な差分画像によって観察することができるのである。   In the above-described invention, the reference wavelength and the measurement wavelength may be given across 670 nm. According to this invention, blood coagulation increases the light transmittance of a wavelength of 670 nm or more, so that the formation of a thrombus or blood coagulation is detected over a wide range in the imaged blood flow path, and the growth thereof is clearer. It can be observed with a simple difference image.

また、本発明による装置は、血液流路内において血栓や血液の凝固の形成その成長を観察する装置であって、前記血液流路を連続的に撮像するカメラと、少なくとも600nm以上であって短波長側の参照波長と長波長側の測定波長との2つの波長において、前記参照波長での画像に対する前記測定波長での画像の輝度の差分画像を与える画像解析手段と、を有することを特徴とする。   The apparatus according to the present invention is an apparatus for observing the formation and growth of thrombus and blood coagulation in the blood flow path, and a camera that continuously images the blood flow path and at least 600 nm and shorter. Image analysis means for providing a difference image of the luminance of the image at the measurement wavelength with respect to the image at the reference wavelength at two wavelengths, a reference wavelength on the wavelength side and a measurement wavelength on the long wavelength side, To do.

かかる発明によれば、 撮像された血液流路内の広い範囲に亘って血栓や血液の凝固の形成を検出しその成長を差分画像によって観察することができるのである。   According to this invention, it is possible to detect the formation of thrombus and blood coagulation over a wide range in the imaged blood flow path and observe the growth with a differential image.

上記した発明において、前記参照波長及び前記測定波長のそれぞれを与える光源を更に含むことを特徴としてもよい。若しくは、上記した発明において、白色の光源を有し、更に、画像解析手段は前記参照波長及び前記測定波長のそれぞれを分離する分光手段を有することを特徴としてもよい。かかる発明によれば、撮像された血液流路内の広い範囲に亘って血栓や血液の凝固の形成を検出しその成長をより明瞭な差分画像によって観察することができるのである。   The above-described invention may further include a light source that provides each of the reference wavelength and the measurement wavelength. Alternatively, in the above-described invention, a white light source may be provided, and the image analysis unit may further include a spectroscopic unit that separates each of the reference wavelength and the measurement wavelength. According to this invention, the formation of a thrombus or blood clot can be detected over a wide range in the imaged blood flow path, and its growth can be observed with a clearer differential image.

上記した発明において、前記カメラは前記光源からの透過光により撮像し、前記画像解析手段は前記輝度値の増加を示す画像を与えることを特徴としてもよい。若しくは、 上記した発明において、前記カメラは前記光源からの反射光により撮像し、前記画像解析手段は前記輝度値の低下を示す画像を与えることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、撮像された血液流路内の広い範囲に亘って血栓や血液の凝固の形成を検出しその成長をより明瞭な差分画像によって観察することができるのである。   In the above-described invention, the camera may pick up an image with transmitted light from the light source, and the image analysis means may give an image showing an increase in the luminance value. Or in the above-mentioned invention, the said camera may image with the reflected light from the said light source, and the said image analysis means may give the image which shows the fall of the said luminance value. According to this invention, the formation of a thrombus or blood clot can be detected over a wide range in the imaged blood flow path, and its growth can be observed with a clearer differential image.

上記した発明において、前記参照波長及び前記測定波長は670nmを挟んで与えることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、血液の凝固により波長670nm以上の光透過性が上がることから、撮像された血液流路内の広い範囲に亘って血栓や血液の凝固の形成を検出しその成長をより明瞭な差分画像によって観察することができるのである。   In the above-described invention, the reference wavelength and the measurement wavelength may be given across 670 nm. According to this invention, blood coagulation increases the light transmittance of a wavelength of 670 nm or more, so that the formation of a thrombus or blood coagulation is detected over a wide range in the imaged blood flow path, and the growth thereof is clearer. It can be observed with a simple difference image.

本発明による観察方法を用いた実証試験装置の写真である。It is a photograph of the verification test apparatus using the observation method according to the present invention. 図1の装置の要部を示す断面及び平面図である。It is the cross section and top view which show the principal part of the apparatus of FIG. 図2の装置で得られた写真である。It is the photograph obtained with the apparatus of FIG. 透過光イメージングの経時変化のグラフである。It is a graph of the time-dependent change of transmitted light imaging. 図2の装置で得られた写真である。It is the photograph obtained with the apparatus of FIG. 図5における各点のスペクトル変化を示すグラフである。It is a graph which shows the spectrum change of each point in FIG. スペクトル変化を示すグラフである。It is a graph which shows a spectrum change. 本発明による観察方法を用いた差分画像である。It is a difference image using the observation method by this invention. 観察後の装置を分解した様子を示す写真である。It is a photograph which shows a mode that the apparatus after observation was decomposed | disassembled. 本発明による観察方法を用いた差分画像である。It is a difference image using the observation method by this invention.

本発明者は、CCDカメラを光ディテクターとして使用することで、血液流路内において血栓や血液の凝固の形成その成長を観察できないかを検討した。すなわち、カメラで連続的に撮像された映像から血栓などを検出できるなら、広い撮影範囲において、血液の凝固反応を生じて形成される血栓や、外部から撮影場所に飛来してくる血栓等を検出、イメージングできるのである。   The present inventor examined whether the formation and growth of thrombus and blood coagulation in the blood flow path could be observed by using a CCD camera as a light detector. In other words, if blood clots can be detected from images continuously captured by a camera, blood clots formed by blood coagulation reaction and blood clots flying from the outside to the shooting location can be detected in a wide imaging range. Can be imaged.

発明を大略すると以下の如きである。   The invention is roughly as follows.

まず、波長600〜750nmの範囲内にある少なくとも2つ以上の波長の異なる光源(LED又はレーザー)とCCDカメラを使用した多波長イメージング、若しくは、同様の波長帯を含むハロゲンランプ等の白色光源とハイパースペクトラルカメラ(CCD+分光器)を使用し、血液の満たされたデバイス(場合によっては、血管等)を撮影し、各波長におけるイメージ画像を取得する。   First, at least two light sources (LED or laser) having different wavelengths in the wavelength range of 600 to 750 nm and multi-wavelength imaging using a CCD camera, or a white light source such as a halogen lamp including a similar wavelength band Using a hyperspectral camera (CCD + spectrometer), a blood-filled device (in some cases, a blood vessel or the like) is photographed to obtain an image at each wavelength.

血液が凝固すると、波長670nm以上の光透過性が高まる。このことから、異なる波長でのイメージ像(スペクトル像)を比べたとき、670nm以上のイメージ像に変化が生じる(透過光イメージングの場合、画像の輝度値が増加し、反射光イメージングの場合、逆に低下する)。スペクトル像の比較において、波長670nm以上の輝度値の上がった箇所は血栓と判断し、かかる領域を画像処理によって抽出する。なお、本手法は画像の輝度値とは関係なく、スペクトル形状の変化から領域抽出するため、光源の強度の弱い、又は、血液による光の減衰等で画像の輝度値の低い場合であっても、その影響を受けにくく、ノイズの少ないイメージングを行うことができる。   When the blood coagulates, the light transmittance with a wavelength of 670 nm or more increases. Therefore, when image images (spectral images) at different wavelengths are compared, a change occurs in an image image of 670 nm or more (in the case of transmitted light imaging, the luminance value of the image increases, and in the case of reflected light imaging, the reverse is the case). To lower). In the comparison of the spectral images, a portion having an increased luminance value of a wavelength of 670 nm or more is determined as a thrombus, and the region is extracted by image processing. Note that this method extracts a region from a change in spectral shape regardless of the luminance value of the image, so even if the luminance value of the image is low due to weak light source or attenuation of light by blood, etc. Therefore, it is possible to perform imaging with less noise and less noise.

また、上記以外にも、波長670nm以下の画像(参照波長画像)と波長670nm以上の画像(測定波長画像)の輝度値の比をとり、閾値を設けて血栓と判断する領域を抽出してもよい。イメージング精度は劣るが、簡便で低コストである。   In addition to the above, a ratio of luminance values of an image with a wavelength of 670 nm or less (reference wavelength image) and an image with a wavelength of 670 nm or more (measurement wavelength image) is taken, and a region that is judged to be a thrombus is extracted by setting a threshold value. Good. Although imaging accuracy is inferior, it is simple and low cost.

また、ハイパースペクトラルイメージング(CCDと分光光度計の組み合わせによるシステム)を使用することで、連続的なスペクトルイメージを取得でき、血栓等の抽出の精度を高めることもできる。一方、より低コストなイメージングシステムでは、最低670nm以下の画像と波長670nm以上の2つの画像(差分画像)を取得できれば、血栓のイメージングを可能である。   Further, by using hyperspectral imaging (a system based on a combination of a CCD and a spectrophotometer), a continuous spectrum image can be acquired, and the accuracy of extraction of thrombus and the like can be improved. On the other hand, a lower cost imaging system can image a thrombus if it can acquire at least an image of 670 nm or less and two images (difference images) of a wavelength of 670 nm or more.

以下に実証実験について説明する。   The demonstration experiment is described below.

図1に示すような血液循環路2を含む装置5にウシ血液(Bovine Whole Blood)を循環させる。ここで、血液の活性凝固時間(ACT:Activated Clotting Time)は150秒に調整した。また、連続循環血液ポンプ(Rotary Blood Pump)7を回転数2780rpm、1L/min、121mmHgで駆動し、血液を環流させた。血栓形成によりポンプ流量が0.8L/min以下になったとき、ヘパリンを3000単位回路に注入して実験を終了する。詳細は後述するが、その後、生理食塩水により血液ポンプ7内を洗浄し、ポンプ7内の血栓を撮影してHSIイメージング画像と比較した(図10参照)。   Bovine whole blood is circulated through a device 5 including a blood circulation path 2 as shown in FIG. Here, the activated clotting time (ACT) of blood was adjusted to 150 seconds. Further, a continuous circulation blood pump 7 was driven at a rotational speed of 2780 rpm, 1 L / min, 121 mmHg to circulate blood. When the pump flow rate is 0.8 L / min or less due to thrombus formation, heparin is injected into the 3000 unit circuit and the experiment is terminated. Although details will be described later, the blood pump 7 was then washed with physiological saline, and the thrombus in the pump 7 was photographed and compared with an HSI imaging image (see FIG. 10).

図2を併せて参照すると、血液ポンプ7の上面にはリングライトガイド9が取り付けられ、ハロゲンランプ8の光を光ファイバーでリングライトガイド9に導き、血液ポンプ7の上面(図2左手)から光を照射した。また、血液ポンプ7の下面からは45°の角度でハロゲンランプ8からの光を光ファイバーで導き、血液ポンプ7の下面に向かって照射した。血液ポンプ7を通過する透過光、及び、血液ポンプ7の下面での反射光のそれぞれをハイパースペクトラルイメージング(HSI)カメラ3にてシャッター速度1msecで撮影した。画像は、CCD撮像を分光し、波長600〜750nm(分解能2nm)のスペクトル画像とした。   Referring also to FIG. 2, a ring light guide 9 is attached to the upper surface of the blood pump 7, the light from the halogen lamp 8 is guided to the ring light guide 9 by an optical fiber, and light is irradiated from the upper surface of the blood pump 7 (left hand in FIG. 2). did. Further, light from the halogen lamp 8 was guided by an optical fiber from the lower surface of the blood pump 7 at an angle of 45 ° and irradiated toward the lower surface of the blood pump 7. Each of the transmitted light passing through the blood pump 7 and the reflected light on the lower surface of the blood pump 7 was photographed with a hyperspectral imaging (HSI) camera 3 at a shutter speed of 1 msec. The image was spectrally divided by CCD imaging to obtain a spectral image having a wavelength of 600 to 750 nm (resolution 2 nm).

図3には、(a)実験開始時(t=0min)、(b)96分後(t=96min)、(c)98分後(t=98min)における透過光イメージング(FSI:Forward Scattering Image)及び反射光イメージング(BSI:Backward Scattering Image)を示した。ここでは、波長700nmで撮影している。これによれば、透過光イメージングでは、t=96minでチラつきが生じ、t=98minで透過光強度が明瞭に増加していた。一方、反射光イメージングでは、血液ポンプ7の中心付近がぼやけて観察された。   FIG. 3 shows transmitted light imaging (FSI: Forward Scattering Image) at the start of the experiment (t = 0 min), (b) after 96 minutes (t = 96 min), and (c) after 98 minutes (t = 98 min). ) And reflected light imaging (BSI: Backward Scattering Image). Here, the image is taken at a wavelength of 700 nm. According to this, in transmitted light imaging, flicker occurred at t = 96 min, and the transmitted light intensity increased clearly at t = 98 min. On the other hand, in the reflected light imaging, the vicinity of the center of the blood pump 7 was blurred.

図4には、透過光イメージングの経時変化を示した。つまり、図3の透過光イメージングの平均輝度値の変化を示している。これによれば、t=96minにかけて輝度値が上昇している。   FIG. 4 shows changes with time in transmitted light imaging. That is, the change of the average luminance value of the transmitted light imaging of FIG. 3 is shown. According to this, the luminance value increases over t = 96 min.

図5には、ハイパースペクトラルイメージングを示した。ここでは、波長600nm〜750nm、波長間隔2nm、バンド幅2.6nmとした。なお、(a)は実験開始時、(b)は所定時間経過後である。時間の経過前後で、長波長の光強度の占める割合(カラー画像では赤色に変化)が増加していた。   FIG. 5 shows hyperspectral imaging. Here, the wavelength is 600 nm to 750 nm, the wavelength interval is 2 nm, and the bandwidth is 2.6 nm. (A) is at the start of the experiment, and (b) is after a predetermined time. Before and after the passage of time, the ratio of the light intensity of the long wavelength (changed to red in the color image) increased.

図6には、図5に示した領域ROI1、ROI2、ROI3におけるスペクトル変化を示している。これによれば、スペクトルの重心が長波長側へシフトしている。かかるシフトを表す指標として、τを波長750nmにおける輝度値と等しくなる波長として定義した。   FIG. 6 shows spectral changes in the regions ROI1, ROI2, and ROI3 shown in FIG. According to this, the center of gravity of the spectrum is shifted to the long wavelength side. As an index representing such shift, τ was defined as a wavelength equal to the luminance value at a wavelength of 750 nm.

図7には、図6のROI1における、(a)実験開始時の透過光イメージングのスペクトル変化S1、及び、(b)所定時間経過後の透過光イメージングのスペクトル変化S2、及び、酸素化ヘモグロビンの吸光スペクトルS3を示した。ヘモグロビンの吸光スペクトルから、波長750nmと同等の吸収を表す波長τHbは、634nmである。吸収が強いほど、光が吸収されるため受光強度が低下する。従って、透過光強度は吸光スペクトルを反転したような傾向を示す。 FIG. 7 shows (a) the spectral change S1 of the transmitted light imaging at the start of the experiment, and (b) the spectral change S2 of the transmitted light imaging after the lapse of a predetermined time, and the oxygenated hemoglobin in the ROI 1 of FIG. Absorption spectrum S3 was shown. From the absorption spectrum of hemoglobin, the wavelength τ Hb representing the absorption equivalent to the wavelength of 750 nm is 634 nm. The stronger the absorption, the more light is absorbed and the lower the received light intensity. Therefore, the transmitted light intensity shows a tendency that the absorption spectrum is inverted.

また、血液において、τBlood=645nmであって、τHbと異なった値となるが、これは血液では散乱もあってスペクトルが歪むためである。血液の散乱は波長の長くなるほど低くなるため、長波長の方がより透過しやすくなる。つまり、τHb<τBloodの関係が得られる。血液が凝固すると、波長680nm以上の光透過性が向上するが、これはフィブリンが形成され、フィブリンの散乱特性が680nm以上の領域で低いために、さらにスペクトルの重心が長波長へシフトしたものと考えられる。このことから、このスペクトルの重心シフトが起こった領域を抽出すれば、血栓のイメージングが可能である。 Further, in blood, τ Blood = 645 nm, which is a value different from τ Hb , because the blood has scattering and the spectrum is distorted. Since the scattering of blood becomes lower as the wavelength becomes longer, the longer wavelength becomes easier to transmit. That is, a relationship of τ HbBlood is obtained. When blood coagulates, the light transmittance at a wavelength of 680 nm or more is improved. This is because fibrin is formed and the scattering property of fibrin is low in the region of 680 nm or more, and the center of gravity of the spectrum is further shifted to a long wavelength. Conceivable. From this, thrombus imaging is possible by extracting the region where the center of gravity shift of this spectrum occurred.

図8(a)は、図5(a)の実験開始時の反射光イメージングについてのシフト領域(差分画像)を示している。血液ポンプ7の内側全体が黒く示され、波長750nmと輝度値の等しい波長が共通していることを示している。一方、図8(b)は、図5(b)の所定時間経過後の反射光イメージングについてのシフト領域(差分画像)を示している。τが変化した変化領域は血液ポンプ7内の血栓の形成部と対応する。なお、白実線内領域L1は血栓の明確に確認できた領域、白点線内領域L2は薄い膜状の血栓の確認できた領域である。   FIG. 8A shows a shift region (difference image) for reflected light imaging at the start of the experiment of FIG. The entire inside of the blood pump 7 is shown in black, indicating that the wavelength having the same luminance value as the wavelength of 750 nm is common. On the other hand, FIG. 8B shows a shift region (difference image) for reflected light imaging after the elapse of a predetermined time in FIG. 5B. The change region where τ has changed corresponds to the thrombus formation portion in the blood pump 7. The white solid line region L1 is a region where a thrombus was clearly confirmed, and the white dotted line region L2 is a region where a thin film-like thrombus was confirmed.

なお、血栓の確認された領域以外でもτの変化が認められる。しかし、かかる領域で血栓や血液の凝固を生じていた可能性はあるが、血液ポンプ7の内部が血液で満たされているため、これを外部から確認することは困難である。そこで、血液ポンプを生理食塩水で洗浄して残った血栓を確認した。(しかしながら、接着の弱い血栓は生理食塩水で洗い流されてしまう可能性もある。)   It should be noted that a change in τ is also observed outside the region where thrombus is confirmed. However, although there is a possibility that thrombus or blood coagulation has occurred in such a region, since the inside of the blood pump 7 is filled with blood, it is difficult to confirm this from the outside. Therefore, the blood pump was washed with physiological saline to confirm the remaining thrombus. (However, a weakly adhered thrombus may be washed away with physiological saline.)

図9には、血液ポンプ内を生理食塩水で洗浄した後の結果である。すなわち、(a)ハイパースペクトラルイメージング、(b)通常のデジタルカメラで撮影した肉眼像、(c)ポンプ分解後のポンプインペラに付着した血栓、(d)取り出された血栓である。ハイパースペクトラルイメージングが血栓の観察を与えていることが確認できる。   FIG. 9 shows the result after the inside of the blood pump was washed with physiological saline. That is, (a) hyperspectral imaging, (b) a macroscopic image taken with a normal digital camera, (c) a thrombus attached to the pump impeller after pump disassembly, and (d) a removed thrombus. It can be confirmed that hyperspectral imaging gives observation of thrombus.

図10には、2波長の画像を利用した簡易血栓イメージングを示した。血液が凝固すると、波長680nm以上の光の散乱が抑制される。特に、波長710〜720nm付近の光の散乱に最も影響を与えることから、波長680nmと720nmの2つの波長の画像から、血栓をイメージングすることを考慮した。図7に示すイメージングでは、スペクトルの重心シフトを利用するため、ハイパースペクトラルイメージングカメラ3を用いるが、ここでは、2つの光源、例えば、LEDやレーザー等と、通常のCCDカメラとがあれば観察可能である。   FIG. 10 shows simple thrombus imaging using two-wavelength images. When blood coagulates, scattering of light with a wavelength of 680 nm or more is suppressed. In particular, since it has the greatest influence on the scattering of light in the vicinity of a wavelength of 710 to 720 nm, it was considered to image a thrombus from images of two wavelengths of wavelengths 680 nm and 720 nm. In the imaging shown in FIG. 7, the hyperspectral imaging camera 3 is used in order to use the shift of the center of gravity of the spectrum. Here, observation is possible if there are two light sources, for example, an LED and a laser, and a normal CCD camera. It is.

波長680nmと720nmの2つの画像の強度比をTとし、
T=(波長720nmの輝度値)/(波長680nmの輝度値)
とする。差分画像は、波長680nmと720nmの画像と、両者の輝度値の比T=(720nm/680nm)を取り、T≧1を白、T<1を黒で二値化した画像である。これからも血栓の観察を与えていることが確認できる。
Let T be the intensity ratio of two images at wavelengths of 680 nm and 720 nm.
T = (luminance value at wavelength 720 nm) / (luminance value at wavelength 680 nm)
And The difference image is an image obtained by taking an image with wavelengths of 680 nm and 720 nm and a luminance value ratio T = (720 nm / 680 nm) between the two, and binarizing T ≧ 1 with white and T <1 with black. It can be confirmed that observation of thrombus is still given.

以上の方法によれば、人工心肺回路、血液透析回路等において、いつ、どこで血栓が形成されたか、又は、血栓の成長過程のイメージングが可能である。ここではセンサーを固定する必要が無く、通常のカメラ撮影が可能であるため、光を通さない物体で囲まれていない限り、どこでも検出可能である。更に、原理状、深部でなければ血管内、生体組織内の血栓検出も可能となる。また、血管内視鏡等への応用も可能である。血栓の形成の瞬間、血栓の成長をイメージングできるため、人工心臓、人工肺、人工血管、ステント等の心血管系デバイスを開発する際に利用でき、また、血液適合性を評価する方法としても利用可能である。更に、臨床現場においても、人工心肺や血液透析使用下における血液凝固評価を可能とし、血栓症の防止に有効となる。   According to the above method, it is possible to image when and where a thrombus has been formed or in the growth process of the thrombus in an artificial cardiopulmonary circuit, a hemodialysis circuit, or the like. Here, since it is not necessary to fix the sensor and normal camera photography is possible, detection is possible anywhere as long as it is not surrounded by an object that does not transmit light. Furthermore, thrombus detection in blood vessels and living tissues can be performed if the principle is not deep. Moreover, application to a blood vessel endoscope or the like is also possible. Since the thrombus growth can be imaged at the moment of thrombus formation, it can be used when developing cardiovascular devices such as artificial hearts, artificial lungs, artificial blood vessels, and stents, and it can also be used as a method for evaluating blood compatibility. Is possible. Furthermore, in clinical settings, blood coagulation can be evaluated using cardiopulmonary bypass or hemodialysis, which is effective in preventing thrombosis.

以上、本発明による実施例及びこれに基づく変形例を説明したが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではなく、当業者であれば、本発明の主旨又は添付した特許請求の範囲を逸脱することなく、様々な代替実施例及び改変例を見出すことができるであろう。   As mentioned above, although the Example by this invention and the modification based on this were demonstrated, this invention is not necessarily limited to this, A person skilled in the art will deviate from the main point of this invention, or the attached claim. Various alternative embodiments and modifications could be found without doing so.

2 血液循環路
5 装置
7 循環血液ポンプ
8 ハロゲンランプ
9 リングライトガイド

2 Blood circuit 5 Device 7 Circulating blood pump 8 Halogen lamp 9 Ring light guide

Claims (10)

血液流路内において血栓や血液の凝固の形成その成長を観察する方法であって、
少なくとも600nm以上であって短波長側の参照波長と長波長側の測定波長との2つの波長で前記血液流路を連続的に撮像し、前記参照波長での画像に対する前記測定波長での画像の輝度の差分画像を与えることを特徴とする血栓や血液の凝固の形成その成長を観察する方法。
A method of observing the formation and growth of thrombus and blood clots in the blood flow path,
The blood channel is continuously imaged at two wavelengths of a reference wavelength on the short wavelength side and a measurement wavelength on the long wavelength side that is at least 600 nm or more, and an image at the measurement wavelength with respect to the image at the reference wavelength is captured. A method for observing the formation and growth of thrombus and blood coagulation, characterized by providing a difference image of brightness.
前記画像は透過光によって与えられ、前記輝度値の増加を示す画像を与えることを特徴とする請求項1記載の方法。   The method of claim 1, wherein the image is provided by transmitted light and provides an image showing the increase in the luminance value. 前記画像は反射光によって与えられ、前記輝度値の低下を示す画像を与えることを特徴とする請求項1記載の方法。   The method of claim 1, wherein the image is provided by reflected light to provide an image that shows a decrease in the luminance value. 前記参照波長及び前記測定波長は670nmを挟んで与えることを特徴とする請求項1乃至3のうちの1つに記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the reference wavelength and the measurement wavelength are provided across 670 nm. 血液流路内において血栓や血液の凝固の形成その成長を観察する装置であって、
前記血液流路を連続的に撮像するカメラと、
少なくとも600nm以上であって短波長側の参照波長と長波長側の測定波長との2つの波長において、前記参照波長での画像に対する前記測定波長での画像の輝度の差分画像を与える画像解析手段と、を有することを特徴とする血栓や血液の凝固の形成その成長を観察する装置。
A device for observing the growth and formation of thrombus and blood clots in the blood flow path,
A camera that continuously images the blood flow path;
Image analysis means for providing a difference image of the luminance of the image at the measurement wavelength with respect to the image at the reference wavelength at two wavelengths of a reference wavelength on the short wavelength side and a measurement wavelength on the long wavelength side that is at least 600 nm or more A device for observing the growth of thrombus and blood clot formation, characterized by comprising:
前記参照波長及び前記測定波長のそれぞれを与える光源を更に含むことを特徴とする請求項5記載の装置。   6. The apparatus of claim 5, further comprising a light source that provides each of the reference wavelength and the measurement wavelength. 白色の光源を有し、更に、画像解析手段は前記参照波長及び前記測定波長のそれぞれを分離する分光手段を有することを特徴とする請求項5記載の装置。   6. The apparatus according to claim 5, further comprising a white light source, and the image analysis means further includes a spectroscopic means for separating each of the reference wavelength and the measurement wavelength. 前記カメラは前記光源からの透過光により撮像し、前記画像解析手段は前記輝度値の増加を示す画像を与えることを特徴とする請求項6又は7に記載の装置。   The apparatus according to claim 6 or 7, wherein the camera captures an image using transmitted light from the light source, and the image analysis unit provides an image indicating an increase in the luminance value. 前記カメラは前記光源からの反射光により撮像し、前記画像解析手段は前記輝度値の低下を示す画像を与えることを特徴とする請求項6又は7に記載の装置。   The apparatus according to claim 6 or 7, wherein the camera captures an image with reflected light from the light source, and the image analysis unit provides an image indicating a decrease in the luminance value. 前記参照波長及び前記測定波長は670nmを挟んで与えることを特徴とする請求項5乃至9のうちの1つに記載の装置。



10. The apparatus according to claim 5, wherein the reference wavelength and the measurement wavelength are provided with 670 nm interposed therebetween.



JP2014027586A 2014-02-17 2014-02-17 A device that observes the formation of blood clots and the formation of blood clots Active JP6284145B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014027586A JP6284145B2 (en) 2014-02-17 2014-02-17 A device that observes the formation of blood clots and the formation of blood clots

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014027586A JP6284145B2 (en) 2014-02-17 2014-02-17 A device that observes the formation of blood clots and the formation of blood clots

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2015152480A true JP2015152480A (en) 2015-08-24
JP6284145B2 JP6284145B2 (en) 2018-02-28

Family

ID=53894888

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014027586A Active JP6284145B2 (en) 2014-02-17 2014-02-17 A device that observes the formation of blood clots and the formation of blood clots

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6284145B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017150966A (en) * 2016-02-25 2017-08-31 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Measurement method of fibrin amount change in blood

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0062616A1 (en) * 1981-03-23 1982-10-13 SALUS Ricerca e Sviluppo di Crocè Dr. Francesco &amp; C. Snc Method for studying blood coagulation and the aggregation of platelets in the blood, and device employed to carry out said method
JP2002345787A (en) * 2001-05-29 2002-12-03 Institute Of Tsukuba Liaison Co Ltd Thrombus measuring device
JP2005274238A (en) * 2004-03-23 2005-10-06 Olympus Corp Inspection device, inspection method, program and memory medium
JP2006098340A (en) * 2004-09-30 2006-04-13 Sharp Corp Interior portion detecting device
JP2007263912A (en) * 2006-03-30 2007-10-11 Sysmex Corp Blood coagulation analyzer
JP2013036832A (en) * 2011-08-08 2013-02-21 Sony Corp Blood analyzer and blood analysis method

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0062616A1 (en) * 1981-03-23 1982-10-13 SALUS Ricerca e Sviluppo di Crocè Dr. Francesco &amp; C. Snc Method for studying blood coagulation and the aggregation of platelets in the blood, and device employed to carry out said method
JP2002345787A (en) * 2001-05-29 2002-12-03 Institute Of Tsukuba Liaison Co Ltd Thrombus measuring device
JP2005274238A (en) * 2004-03-23 2005-10-06 Olympus Corp Inspection device, inspection method, program and memory medium
JP2006098340A (en) * 2004-09-30 2006-04-13 Sharp Corp Interior portion detecting device
JP2007263912A (en) * 2006-03-30 2007-10-11 Sysmex Corp Blood coagulation analyzer
US20070248490A1 (en) * 2006-03-30 2007-10-25 Sysmex Corporation Blood analyzer and blood analyzing method
JP2013036832A (en) * 2011-08-08 2013-02-21 Sony Corp Blood analyzer and blood analysis method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017150966A (en) * 2016-02-25 2017-08-31 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Measurement method of fibrin amount change in blood

Also Published As

Publication number Publication date
JP6284145B2 (en) 2018-02-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US12036011B2 (en) Quantification of absolute blood flow in tissue using fluorescence-mediated photoplethysmography
CN102596019B (en) Multimodal laser speckle imaging
JP5028256B2 (en) Spectrophotometric method for determining blood oxygen saturation in optically accessible blood vessels
JP6667456B2 (en) Processor, program, device, and method for non-invasively determining hematocrit of a subject
JP2011200367A (en) Image pickup method and device
US20180344228A1 (en) Hemoglobin measurement from a single vessel
JP5649947B2 (en) Optical measurement system and method of operating optical measurement system
KR101255146B1 (en) Acquisition and projection apparatus of fluorescence imaging for visualizing invisible fluorescence signal
Sakota et al. Feasibility of the optical imaging of thrombus formation in a rotary blood pump by near‐infrared light
JP6284145B2 (en) A device that observes the formation of blood clots and the formation of blood clots
JP5639464B2 (en) Optical measurement system and method of operating optical measurement system
KR20170062830A (en) Endoscope system using multi wavelength light source
JP7263387B2 (en) Medical image processing system
US20190076005A1 (en) Fluorescent imaging device for plaque monitoring and multi-imaging system using same
US10477119B2 (en) Imaging device
KR100973183B1 (en) Analysis Apparatus For Perfusion Rate And Method For The Same
TWI507674B (en) System and method for diagnosing metabolic function of organ with fluorescent matter
JP2015042274A (en) Electronic endoscope system, processor for electronic endoscope, and operation method of electronic endoscope system
Sakota et al. Hyperspectral imaging of vascular anastomosis associated with blood flow and hemoglobin concentration
JP2017150966A (en) Measurement method of fibrin amount change in blood
WO2020113466A1 (en) Method and apparatus for determining physiological parameters of a subject, and computer-program product thereof
JP2018201648A (en) Imaging device
KR101032479B1 (en) Measurement apparatus for perfusion rate in peripheral tissue and method for the same
JP2011062408A (en) Fluorescent image imaging device
JP2013255813A (en) Fluorescence image capturing device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20161220

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20171018

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20171107

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20171205

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20180123

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20180124

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6284145

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250