JP2015507493A - 近赤外光の透過により脈管構造および皮下構造を撮像する装置ならびに方法 - Google Patents

Abstract

近赤外（ｎＩＲ）光源と、カメラおよび画像処理画面を取り付けるための個別に関節動作するアームを有する支持構造と、前記カメラおよび前記ｎＩＲ光源の制御装置とを使用する、哺乳動物の表皮下組織をリアルタイムで可視化するシステムに関する。前記カメラは、哺乳動物の生体部分に医療処置を施す際に、カメラが医療スタッフの視界を遮らないように、遠隔作動距離で検出視野を提供するズームレンズを備える。標的システムは、ズームレンズの焦点位置と検出視野の中心を表示する。ｎＩＲ帯域フィルタおよび画像処理装置は、撮像され、フィルタをかけられた透過ｎＩＲ光を画像信号に変換する。インターフェース接続のコンピュータは、市販または独占販売のオペレーティングシステム上で動作可能であり、画像補正ソフトおよび画像の保存、分配および表示を動作する。【選択図】図１

Description

医療診断、処置、ならびに治療の方法およびシステムは、人体の血管およびその他の皮下組織を観察するために、生体内の近赤外光の透過および撮像を使用することができる。患者に治療を施す際には、しばしば、血管へのアクセスが必要となる。犠牲者または患者に対して迅速な治療を施すことが、回復の可能性を高める。しかしながら、患者の静脈が部分的に損なわれている場合や、（乳幼児または高齢者の治療など）静脈の検出やアクセスが難しい場合には、静脈へのアクセス処理が、さらに複雑となる。また、血管アクセスを必要とする患者の治療は、患者の体格（新生児）、肥満度、皮膚色素沈着、または、その他の身体的特徴によって、さらに複雑化する可能性がある。

赤外光または近赤外光を使用する光透過によって皮下組織を可視化する手順において、対象の人体部分上に光を効率的に導くための光源の適切なサポートは、患者を治療する医療提供者にとって厄介な手順である。２０１１年４月１２日付与のクレーン（Ｃｒａｎｅ）等の米国特許第７，９２５，３３２号明細書（その開示は参照により本明細書中に援用される）は、生体の静脈や動脈、または、その他の皮下組織の非侵襲的可視化のために、あるいは、流体および薬剤の投与や生理的パラメータの測定、または、静脈血や動脈血の抽出などに使用する、注射針またはカテーテルの血管への挿入を促進するための手段と併用して利用できる、ディスポーザブルパッチ型の多層構造を開示している。前記パッチは、クレーン等の米国特許第６，２３０，０４６号明細書（その開示は参照により本明細書中に援用される）に記述される、生体の静脈、動脈、あるいはその他の皮下の天然または異質構造の可視化を向上させ、患者の治療において、流体、薬剤等の血管（静脈および静脈の両方）への注入や血管からの抽出を促進するためのシステムおよび方法であって、選択された生体部分を照射あるいは光透過するために選択された波長の光源と、照射された生体部分の画像を生成するための低レベル光検出器および適したフィルタとを含む、システムおよび方法のように、皮下組織を検出し、表示するためのシステムおよび方法との併用に特に有用である。

米国特許公開２００４−０２１５０８１号明細書（その開示は参照により本明細書中に援用される）は、血管注入する所定の場所を光源からの赤外光で照射し、当該血管系近くにおける前記流体の血管外漏出または浸潤の兆候を示す対比した相違を検出するための、生体と注入された流体のリアルタイム画像を生成することにより、血管注入箇所のリアルタイムの可視化および皮下組織や皮内組織内の血管外漏出または浸透流体の検出を開示している。

医療技術者および医療専門家は、高輝度照明、蛍光照明、白熱照明および可視ＬＥＤ照明を使用する外科手術室、外来診療所および医院を含む、様々な照明状況下で働いている。医療スタッフは、透過する赤外光を可視化するために種々の手段を使用できる。その手段の１つでは、医療スタッフは、上記クレーン等の特許明細書に記述されているように、増強管または類似の暗視ゴーグルのような表示装置を使用して透過する赤外光を見ることができる。別の手段において、透過する赤外光の画像は、医療スタッフが肉眼で見る表示装置またはモニタ上に表示される。このような表示装置またはモニタは、カメラあるいは撮像装置によって撮像された赤外光の画像を受信する、液晶表示装置（ＬＣＤ）、ＬＥＤ表示装置、気体プラズマ、ブラウン管、または、その他の表示装置であってよい。表示装置は、ＰＣＴ国際公開公報ＷＯ２０１０／０５９０４５号（その開示は参照によりその全体が本明細書中に援用される）に示されるように、医療スタッフの手の届く範囲か、または、患者から離れたコンピュータ画面またはディスプレイ上に配置される。

蛍光灯などの最大値と最小値の周期を有する出力を含む周囲光において、赤外光源のパルス発振は、米国特許公開２００４−０２１５０８１号明細書に記述されているように（その開示は参照によりその全体が本明細書中に援用される）、部屋の周囲からの出力の最小値と同期し、光検出器（カメラ）でゲート制御することができる。

医療スタッフの仕事は、高い技術を要し、気を逸らさず複雑さを回避して、医療行為を実行し病状を診断するためには、集中力と注意力が求められる。赤外光による人体の照射および透光技術の大いなる進歩にもかかわらず、照射された生体を透過する赤外光の検出および検出された光信号の画像化および表示に関しては、皮下構造の高品質画像を供給するために医療スタッフによって使用される、便利で、迅速に配置可能で、使いやすく、混乱を招かず、複雑でない、改善された方法およびシステムが未だ必要とされている。

本発明は、動物の（典型的に、哺乳動物の）体肢を含む生体部分において、皮下組織を含む表皮下構造のリアルタイムの可視化を伴う可視化撮像システムを供給する。本システムは、動物の生体部分を光透過する近赤外（ｎＩＲ）光を放射するｎＩＲ光源を含む。撮像システムは、また、透過するｎＩＲ光を撮像するカメラを含む。カメラは、通常、動物の生体部分から遠隔の作動距離で検出視野を供給するためのズームレンズを含み、前記遠隔の作動距離は、生体部分の治療または検査処置などを行う際に、カメラがユーザ（通常、医療スタッフ）の視界を妨げるのを避けるのに十分な距離である。カメラは、上部アームの先端部に取り付け可能である。

撮像システムは、また、検出視野の中心および、任意で、ズームレンズの焦点を表示する標的システムも含むことができる。撮像システムは、また、撮像した透過ｎＩＲ光を画像信号に変換するための画像処理装置も含むことができる。撮像システムは、また、下部の関節動作式アームの遠端部に取り付け可能な、画像表示装置も含む。画像表示装置は、画像表示画面と、カメラに制御信号を送信し、ｎＩＲ光源に電力と制御信号を供給し、処理された画像信号を画像表示画面に送信する、少なくとも１つの制御装置とを含むことができる。

本発明は、また、動物の生体部分または体肢の表面および表皮下構造を、通常、リアルタイムで、可視化する撮像システムを供給することができ、前記撮像システムが、動物の生体部分を透過するｎＩＲ光を放射するｎＩＲ光源と；ズームレンズを備えるカメラと；焦点位置と前記ズームレンズの検出視野の中心とを表示する標的システムと；前記撮像された透過するｎＩＲ光を画像信号に変換する、画像処理装置と；前記カメラに制御信号を送信し、前記ｎＩＲ光源に電力および制御信号を供給する制御装置と、前記処理された画像信号を受信して、表示する表示画面と、を備える、画像表示装置と、を含む。

本発明は、哺乳動物の生体部分の表皮下構造のリアルタイムの可視化のための撮像システムを供給することができ、前記システムは、生体部分を透過する近赤外（ｎＩＲ）光を放射するｎＩＲ光源と；直立ポストを含む支持構造と；前記直立ポストから伸びる下部アーム、および、前記直立ポストの上方部分から伸び、先端部を有する上部アームと、ここで、前記上部アームおよび下部アームは、それぞれ独立して、関節接合する；前記上部アームの先端部に取り付けられ、透過するｎＩＲ光を撮像するカメラと、ここで、前記カメラは、生体部分から遠隔の作動距離で検出視野を供給するためのズームレンズを含み、前記遠隔の作動距離は、生体部分に医療処置を行う際に、カメラが医療スタッフの視界を妨げるのを避けるのに十分な距離である；前記ズームレンズの焦点位置と検出視野の中心を表示する、前記カメラに結合する標的システムと；前記撮像した透過ｎＩＲ光を画像信号に変換する画像処理装置と；前記下部関節アームの先端に取り付けられ、画像表示画面を有する画像表示装置と；制御信号を前記カメラに送信し、電力および制御信号を前記ｎＩＲ光源に供給し、かつ、前記処理された画像信号を前記画像表示装置に送信する、少なくとも１つの制御装置と、を含む。

前記システムは、また、撮像システムの１つ以上の成分のための支持構造を含んでもよい。前記支持構造は、直立ポストと、前記直立ポストの上方部分から伸びる上部アームと、任意で、前記直立ポストから伸びる下部アームとを備えることができる。前記上部アームおよび任意の下部アームは、それぞれ独立して、関節結合する。前記支持構造は、壁またはその他の建物や車両構造要素を含む固定支持であってもよい。前記支持構造は、また、可動支持であってもよい。

本発明は、また、哺乳動物の生体部分の表皮下構造のリアルタイムの可視化のための撮像システムを供給し、前記システムは、生体部分を透過する近赤外（ｎＩＲ）光を放射するｎＩＲ光源と；前記透過するｎＩＲ光を撮像するカメラと、ここで、前記カメラは、任意で、生体部分から遠隔の作動距離で検出視野を供給するためのズームレンズを含み、前記遠隔の作動距離は、生体部分に医療処置を行う際に、カメラが医療スタッフの視界を妨げるのを避けるのに十分な距離である；前記ズームレンズの焦点位置と検出視野の中心を表示する、前記カメラに結合する標的システムと；前記撮像した透過ｎＩＲ光を画像信号に変換する画像処理装置と；前記下部関節アームの先端に取り付けられ、画像表示画面を有する画像表示装置と；制御信号を前記カメラに送信し、電力および制御信号を前記近赤外光放射源に供給し、かつ、前記処理された画像信号を前記画像表示装置に送信する、少なくとも１つの制御装置と、を含む。

本発明の別の態様では、前記ｎＩＲ光源が、ｎＩＲ発光ダイオード（ｎＩＲ−ＬＥＤ）を含む、ディスポーザブルｎＩＲ光源装置である。

本発明の撮像システムは、また、７００ｎｍと１０００ｎｍの間の通過帯域内のｎＩＲ光を通過させるフィルタを含むことができる。

本発明の別の態様では、前記カメラが、さらに、検出されたｎＩＲ光の強度に対して対数応答および１６ビットのグレースケール解像度を供給する、画像処理装置を含む。さらなる態様では、前記制御装置がコンピュータを含むことが可能であり、前記画像処理装置が前記カメラまたは前記コンピュータと一体であり、かつ、前記画像処理装置が、検出されたｎＩＲ光の強度に対して対数反応および１６ビットのグレースケール解像度を供給する。

本発明に係る前記撮像システムの別の態様では、前記第１のアームおよび前記第２のアームが、それぞれ独立して、前記直立ポスト上で回転可能である。

本発明に係る前記撮像システムの別の態様では、前記画像表示装置が、タッチ画面の表示装置一体型コンピュータである。

本発明に係る前記撮像システムの別の態様では、前記制御装置がパルスを発し、かつ／または、前記ｎＩＲ光源からの光出力の強度を調整し、かつ、前記ｎＩＲ光源出力の最大パルスと同期する一時的画像信号を撮像するために前記カメラのゲートの開口を制御する。

本発明は、また、哺乳動物の生体部分の表皮下構造のリアルタイムの可視化のための撮像システムを提供し、前記システムが、哺乳動物の生体部分を透過する近赤外（ｎＩＲ）光を放射するｎＩＲ光源と；生体部分から遠隔の作動距離で検出視野を提供するためのズームレンズを含むカメラと、ここで、前記遠隔の作動距離は、生体部分に医療処置を行う際に、カメラが医療スタッフの視界を妨げるのを避けるのに十分な距離である；前記ズームレンズの焦点位置および検出視野の中心を表示する、標的システムと；撮像した透光近赤外光を画像信号に変換する画像処理装置と；前記カメラに制御信号を送信し、前記ｎＩＲ光源に電力および制御信号を供給する、少なくとも１つの制御装置と、前記処理された画像信号を受信し表示する表示画面とを有する、画像表示装置と、を含む。

本発明の別の態様は、（哺乳動物を含む）動物の生体部分または体肢の（皮下組織を含む）表皮下構造の視覚化のための方法であって、前記生体部分の処置の画像を撮像するために配置されるカメラの位置を決定するステップと；検出視野の中心を定めるために、前記生体部分に標的システムを向けることにより、視野検出位置にカメラを移動し、かつ、ズームレンズの焦点位置を調整するステップと；前記生体部分の下面に固定するようにｎＩＲ光源を取り付け、かつ、前記生体部分を透過する前記ｎＩＲ光源に電力を供給するステップと；処置を行う際に、ユーザの視界内の観察位置に表示画面を移動するステップと；前記リアルタイム透過ｎＩＲ光を検出し、リアルタイム透光画像にするステップと；前記生体部分の処置を行う際に、前記表示画面上に前記リアルタイム透光画像を表示するステップと、を含む方法。

本発明の別の態様では、さらに、前記カメラの前記ズームレンズを調節することにより、動物の体肢の検出視野を変更するように前記制御装置を操作するステップを含む。前記ズーム機能は、また、表示領域の画像サイズの拡大も可能であり、処置部分のクローズアップまたは拡大表示を可能にする。

本発明の別の態様は、哺乳動物の生体部分の皮下組織構造のリアルタイムの可視化のための方法であって、本発明に従い、画像システムを供給するステップと；哺乳動物の体肢の医療処置を行うためにカメラを配置する際、医療スタッフの視界を遮らないように、前記医療スタッフの目線（目の高さ）より上にカメラを配置するステップと；検出視野の中心を定めるために前記生体部分に標的システムを向けることにより、上部アームの先端部に取り付けられた前記カメラを視野検出位置に移動し、かつ、ズームレンズの焦点位置を調節するステップと；前記生体部分の下面に固定するようにｎＩＲ光源を取り付け、前記生体部分を透過するために前記ｎＩＲ光源に電力を供給するステップと；処置（通常、医療処置）を行う際に、下部アームの先端部に取り付けられる表示画面を、医療スタッフの視界内の表示位置に移動するステップと、前記リアルタイム透過ｎＩＲ光を検出し、リアルタイム透光画像にするステップと；前記生体部分に医療処置を行う間、前記表示画面上に前記生体部分の前記リアルタイム透光画像を表示するステップと、を含む方法に関する。

本発明の別の態様は、ｎＩＲ光源と、患者の生体部分を透過するｎＩＲ光を撮像するカメラと、前記生体部分の透光画像を表示する画像表示装置と、前記ｎＩＲ光源、前記カメラ、および、前記画像表示装置を制御し、かつ、任意で、前記撮像した画像を処理し、前記画像表示装置上に前記処理画像を表示するコンピュータとを含む、ｎＩＲ透光および画像システム内の多機能制御機能である。前記コンピュータは、単一動作多機能制御機能か、または、多動作多機能制御機能を含んでもよい。前記制御機構の多機能は、前記光源の発光強度と、以下の画像処理機能のうちの、カメラ利得、鮮鋭度、および、カメラの空間分解能の少なくとも１つを含む。

前記多機能制御機能は、前記ｎＩＲ光源からの低光放射と、低カメラ利得と高カメラ空間分解能と高画像鮮鋭度のうちの少なくとも１つとを使用する第１の撮像条件に関連する第１位置と、前記ｎＩＲ光源からの高光放射と、高カメラ利得と低カメラ空間分解能と低画像鮮鋭度のうちの少なくとも１つとを使用する第２の撮像条件に関連する第２位置との間に配置可能である。

多動作多機能制御機能は、第１位置と第２位置との間で動作する少なくとも２つの制御機能を提供する。前記１対の制御機能は、それぞれ独立して動作可能であり、あるいは、任意で、同時に動作するために相互に固定するか、または結合することができる。制御装置の一方は、ｎＩＲ光源の強度を制御し、他方は、ｎＩＲ感度および画像解像度を制御する。前記ｎＩＲ感度および前記ｎＩＲ光強度は、最適な視覚画像を得るために選択され、最適化される。

単一動作多機能制御機能は、第１位置と第２位置との間で動作する。前記第１位置は、前記ｎＩＲ光源からの低光放射、低カメラ利得、高カメラ空間分解能、および、高画像鮮鋭度を使用する第１の撮像条件に関連し、新生児患者の画像化に代表される。前記第２位置は、前記ｎＩＲ光源からの高光放射、高カメラ利得、低カメラ空間分解能、および、低画像鮮鋭度を使用する第２の撮像条件に関連し、大きい筋肉の生体部分を持つ成人患者の撮像に代表される。前記第１位置および第２位置での、また、前記第１位置と第２位置間での制御機構の動作は、前記ｎＩＲ光透過と、前記２つの位置の間に配置されるカメラと処理装置との両方を、同時に相互接続して制御する。

本発明の別の態様は、動物の生体部分の皮下組織構造をリアルタイムで可視化する方法であって、ｎＩＲ光源と、患者の生体部分を透過するｎＩＲ光を撮像するためのカメラと、前記患者の生体部分の透光画像を表示するための表示装置と、前記ｎＩＲ光源と前記カメラと前記表示装置を制御し、前記撮像した画像を処理し、かつ、前記処理画像を前記表示装置上に表示するためのコンピュータと、を含むシステムを供給するステップと；前記光源の強度、および、カメラ利得とカメラ空間分解能と画像鮮鋭度のうちの少なくとも１つを操作する多機能制御機能であって、前記ｎＩＲ光源からの低い光放射と、低カメラ利得と高カメラ空間分解能と高画像鮮鋭度のうちの少なくとも１つとを使用する第１の撮像条件に関連する第１位置と、前記ｎＩＲ光源からの高い光放射と、高カメラ利得と低カメラ空間分解能と低画像鮮鋭度のうちの少なくとも１つとを使用する第２の撮像条件に関連する第２位置との間に配置される多機能制御機能を提供するステップと；動物患者の生体部分の撮像処理を開始するステップと；生体部分の前記ｎＩＲ光透過条件に従い、前記ｎＩＲ光源からの光放射と、カメラ利得とカメラ空間分解能と画像鮮鋭度のうちの少なくとも１つとを制御（通常、同時に相互接続して制御）するために、前記多機能制御機能の位置を選択するステップと、を含む方法に関する。

前記の装置、システムおよび方法は、動物の体肢および生体部分を画像化するために記述されている。本発明は、人間を含む哺乳動物、さらに、鳥、魚、両生類、爬虫類、その他の脊椎動物や無脊椎動物を含む、その他の生物の属および種の画像処理に、また、薬物検査などを含む様々な医療および生物学的製剤の適用に、特に有効である。

患者の生体部分をｎＩＲ光透過する画像処理のための装置の説明図を示す。 患者の生体部分をｎＩＲ光透過する画像処理のための装置を示す。 患者の体肢を通してのｎＩＲ光放射および透光と、光源、カメラおよび画像表示装置用の電源および制御の接続とを示す概略図である。 患者の手を表示する画像表示装置と、カメラ、光源および画像処理を制御する、単一多機能スライド機構とインターフェース接続するタッチ画面を示す。 患者の手を表示する画像表示装置と、カメラ、光源および画像処理を制御する、二重スライド機構とインターフェース接続するタッチ画面の別の実施形態を示す。

図１は、動物患者の皮下組織構造のリアルタイムの視覚化のために、医療スタッフによって使用される画像システム１を示す。支持構造は、カメラ６０および画像表示装置４０の支持構造を供給する可動台１０として図示される。前記可動台１０は、ベース１２と下部１４ａで前記ベース１２に取り付けられた直立ポスト１４を含む。前記ポスト１４は中間部１４ｂを含み、さらに、上部１４ｃを含むことができる。前記ベース１２は、前記直立ポストを適切かつ安定して支持するために、また、そのパーツや付属物が倒れないように、横方向に拡張する。前記ベース１２は、通常、（図１に示すように）安定させるために重い材料からなる、または重りを加えた、重みのある円形または長方形の土台であり、また、前記可動スタンドおよびシステム全体の安定性を確保するために（図２に示すように）複数の放射状に延びる脚を含んでもよい。車輪１３は、前記可動スタンド１０を処置位置に移動するために、ベース１２に取り付けて使用でき、任意で、ブロックまたはロックすることができる。前記可動スタンドは、前記ポスト１４と、病院の寝台および寝台横板の邪魔にならない高さに配置される拡張アームとを備え、軽量で安定性が高い。

下部アーム１６は、前記直立ポスト１４の前記中間部１４ｂから伸び、医療技術者によって前記表示装置４０の画像表示部４２を最適な表示位置に関節動作で移動可能である。第１の下部アーム部分１６ａは、前記中間部１４ｂに沿ったヒンジ式コネクタ１７ａから伸びる。前記ヒンジ式コネクタ１７ａは、前記直立ポスト１４に固定できる。前記ヒンジ式コネクタ１７ａは、任意で、前記下部アーム１６アセンブリ全体を、ポスト１４に沿って静止位置まで垂直に、上方および下方に選択的に移動できる調整機構を含んでもよい。前記第１の下部アーム部分１６ａは、周知の結合手段を使用して、前記ヒンジ式コネクタ１７ａにおいて、垂直に（例えば、水平位置から８０°上側にまたは下側に）選択的にピボット旋回するように、または、前記ポストの軸周りを水平に（例えば、１８０°左側にまたは右側に）選択的にスイベル旋回するように構成できる。第２の下部アーム部分１６ｂは、垂直面および水平面での同様の動作のために、操作可能コネクタ１７ｂにおいて、前記第１の下部アーム部分１６ａの先端部に取り付け可能である。

表示装置４０は、操作可能コネクタ１８において、前記下部アーム部分１６ｂの先端部に取り付けられる。前記コネクタ１７ａ、１７ｂおよび１８は、前記表示装置の無限位置調整のために、周知の手段により、軸に沿って、ピボット旋回、スイベル旋回、または、回転するように構成可能である。コネクタ１７ａ、１７ｂおよび１８の組み合わせは、血管アクセス処置を行う際に、医療技術者が血管の画像を表示装置上に可視化するために、また、同時に、医療技術者が、患者の状態や処置への反応を継続的に判断するための手段である、患者の姿（特に、患者の顔）を遮らないように、医療技術者が、それぞれの選択に応じて表示装置を配置することを可能にする。コネクタ１７ａ、１７ｂおよび１８により画像表示部の移動、および、ベース１２の車輪１３のロッキングが容易になることで、画像表示部の位置調整は、可動スタンド１０の位置またはカメラ６０の配置を妨げることなく行うことができる。

上部アーム２６は、前記直立ポスト１４の（前記下部アーム１６上の）前記上部１４ｃから伸び、カメラ６０によって前記光源７０からの前記透過ｎＩＲ光７４を最善の状態で撮像するための位置に関節結合される。第１の上部アーム部分２６ａは、前記上部１４ｃの先端部、または、前記上部１４ｃに沿った先端部において、ヒンジ式コネクタ２７ａから伸びる。前記ヒンジ式コネクタ２７ａは、前記直立ポスト１４に固定できる。前記ヒンジ式コネクタ２７ａは、任意で、前記上部アーム２６アセンブリ全体を、ポスト１４に沿って静止位置まで垂直に、上方および下方に選択的に移動できる調整機構を含んでもよい。前記上部アーム２６は、周知の結合手段を使用して、前記ヒンジ式コネクタ２７ａにおいて、垂直に、選択的にピボット旋回するように、または、前記ポストの軸周りを水平に、選択的にスイベル旋回するように構成できる。第２の上部アーム部分２６ｂは、操作可能コネクタ２７ｂにおいて、前記第１の上部アーム部分２６ａの先端部に取り付け可能である。前記カメラ６０は、操作可能コネクタ２８において前記第２の上部アーム部分２６ｂの先端部に取り付けられる。前記コネクタ２７ａ、２７ｂおよび２８は、前記カメラの無限位置調整のために、周知の手段により軸に沿って、ピボット旋回、スイベル旋回、または回転するように構成可能である。

前記上部アーム２６は、前記直立ポスト１４から伸び、前記上部アーム部分２６ａおよび２６ｂは、前記カメラが、病院の寝台、テーブル、またはストレッチャーを越えて患者の生体部分上に配置するために十分な長さと、医療処置を行う位置にいる医師の目の高さの近く、または、目の高さの上に、前記カメラ６０を配置できるように、３０．４８ｃｍ〜９１．４４ｃｍ（１２〜３６インチ）の標準的なカメラ作動距離を供給するのに十分な生体部分上の高さと、を有する。前記カメラの位置調整は、さらに、医療スタッフが生体部分に医療処置を施す際に、医療スタッフの処置を施す画像領域の視界を遮るのを防止する。前記上部アーム部分２６ａおよび２６ｂの前記長さは、また、新生児保育器上の標準的なカメラ作動距離にカメラを配置し、救急設備内の手術台上で、新生児を保育器から出さずに処置を施すことを可能にするなど、様々な医療機器上および医療設備内におけるカメラの位置調整を可能にする。

前記下部アーム１６および前記上部アーム２６は、強度と軽量さ、およびシステムの電子成分間の電力および制御配線通路として、アルミニウム、スチール、または、高強度プラスチック管状体からなる。前記アームの部分間の接続、およびアームと装置間の接続は、アーム部分および装置の独立したピボット旋回またはスイブル旋回をするための、調整可能で固定された位置決めを供給する、例えば、これに限定されないが、ばね、摩擦ベースの調整、圧力結合、丈量平衡手段および離脱ファスナを含むことができる。

別の態様として、前記上部および下部アームの少なくとも１つが依存できる支持構造は、固定手段であってもよい。支持構造が固定される固定手段の限定されない例としては、テーブルまたはベッドおよび壁を含み、また、前記固定手段は、建物、野戦病院、船舶または救急輸送機やヘリコプターなどの緊急輸送機の一部または構成要素であってもよい。

カメラ６０の基部６２は、周知の手段により操作可能コネクタ２８で上部アーム２６の先端部に取り付けられる。カメラ６０は、処置を行う間、ｎＩＲ光が生体部分に反射または生体部分を透光する様子を最適に表示する位置に接合可能である。

生体部分の詳細な画像および十分な視野を手に入れるために、カメラ位置を上にし、かつ、処置を施す医療スタッフの作業エリアから離しているので、カメラ６０はズーム画像機能を有する。前記ズーム機能は、図１に示すようにズームレンズ６４を含むか、あるいは、デジタルズーム処理を単独で、または、ズームレンズと併せて備えてもよい。ズームレンズ６４は、生体部分から選択された所定の距離で固定された画像視野を供給するように選択された固定ズームレンズであってもよいし、あるいは、手動で調整可能な、または、制御装置から電子的に遠隔調整可能な可変ズーム機能を有してもよい。前記ズームレンズシステムは、被写体サイズ対画像サイズの広範囲な比率を有する視野能力を備える。前記範囲比率は、１：２から５：１、または、それ以上を含み、１：１の「実物大」も含む。小さい視野は、クローズアップを容易にする拡大画像、および、新生児や小児患者の拡大サイズの表示を供給する。同時に、前記レンズシステムは、対物レンズ距離が同一で、かつ、焦点が合ったままになるように構成される。オートフォーカス機能が、システム１で使用されるカメラ６０内に含まれてもよい。ズームレンズにより供給されるカメラの長い作動距離は、医療スタッフが患者に医療処置を施す際に、カメラが医療スタッフの視界を妨げるのを防ぐのに十分な長さである。カメラのレンズから被写体（患者の生体部分）までの典型的な作動距離は、７．６２ｃｍ〜９１．４４ｃｍ（４〜３６インチ）であり、より一般的な作動距離の例としては、約７．６２ｃｍ〜６６．０４ｃｍ（４〜２６インチ）、３０．４８ｃｍ〜９１．４４ｃｍ（１２〜３６インチ）、および、５５．８８ｃｍ〜６０．９６（２２〜２４インチ）がある。

カメラ６０は、通常、固体デジタルｎＩＲ線感受性カメラである。固体デジタルｎＩＲ感受性カメラの限定されない例は、ＶＧＡフォーマットをサポートする正方画素配列のインタライン型ＣＣＤ固体撮像素子６９を有する、ソニーＩＣＸ６１８ＡＱＡである。ソニーＩＣＸ６１８ＡＱＡは、すべての画素信号を約１／６０秒以内に個別に出力することができる順次走査を備え、ＨＡＤ（Ｈｏｌｅ−Ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ Ｄｉｏｄｅ）センサを基本構造として、通常、約７００ｎｍ〜約１０００ｎｍの範囲のｎＩＲ光領域を含む、ＥＸｖｉｅｗ ＨＡＤ ＣＣＤ（登録商標）を使用する。

狭帯域フィルタ６８は、選択範囲（通常、８４０ｎｍ〜８７５ｎｍの間、そして、より一般的には、約８５０ｎｍ＋２０ｎｍ）のｎＩＲ光を通過させるのに使用される。カメラの電子インターフェースは、画像信号およびカメラ操作に関するその他のデータを制御装置に送信し、電子インターフェースからの電力および制御信号をカメラに送信する。本明細書の教示および添付の特許請求の意図された範囲内で、意図された目的を達成するための、その他のシステムが、当業者によって選択されてもよい。

本システムは、カメラおよび表示装置の独立した位置調整を供給するため、表示画面を一時的に邪魔にならない場所へ移動する際、または、使用中の表示画面の調整の際に再操作やカメラの位置調整をする必要がない。これにより、医療スタッフは、かなりの時間を節約でき、医療処置での過ちや、見落としのリスクを減少させる。

図２は、患者の皮下組織構造のリアルタイムの可視化のための、別の撮像システム１０１を示し、上部アーム２６から吊り下がるカメラ６０の支持構造と、下部アーム１６から吊り下がる画像表示装置４０とを提供し、安定した可動性のためのキャスタ１３を備えた５本の放射状に延びる脚を有する基部１２を有する、可動スタンド１０を含む。キャスタ１３は、スタンド１０の回転動作を制限するためのロックを含む。カメラ６０は、カメラの位置決めや照準を補助する一対の伸長ハンドル１６３を有するプラケット１６１に取り付けられる。

カメラの焦点距離および最適画像焦点の測定を補助するために、および、生体の対象の部分にカメラの視野を向けるために、撮像システムは標的システムを使用できる。標的システムは、焦点範囲またはカメラレンズからの焦点距離の収束点で収束する２つの光の点を生成するための交差する光（例えば、レーザダイオード光、または、インコヒーレントＬＥＤ光源を使用する）を含む収束レーザ位置測定装置を備えることができる。一実施形態において、標的システムの収束点は、３０．４８ｃｍ〜９１．４４ｃｍ（１２〜３６インチ）のカメラ動作対象域内、例えば、５５．８８ｃｍ（２２インチ）の距離（収束点距離）である。収束レーザ位置測定装置または構造は、生体部分のほうに突き出すカメラの参照距離と、カメラ画像の検出視野の中心とを示す。一般的に、標的システムは、少なくとも、３０．４８ｃｍ〜９１．４４ｃｍ（１２〜３６インチ）のカメラ作動域内で動作する。レーザ焦点距離システムの例は、２００１年版オプティカル・エンジニアリング（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）のＶｏｌ．４０、Ｎｏ．１、１０〜１９頁に記載のマルクス・クリスチャン他著『レーザ測距：距離測定の通常技術に関する批判的批評（Ｌａｓｅｒ Ｒａｇｉｎｇ：ａ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｆｏｒ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）』に説明されており、その開示は参照により本明細書中に援用される。

図２は、カメラユニットのブラケット１６１の下面にある、一対のレーザポインタ１６５の位置を示す。レーザポインタは、生体部分の画像化する領域に対してカメラを正しい位置に置く。２つのレーザポインタは、光線経路１６７に沿って、一定距離の単一交点１６９で交差するように光線（通常、赤色光線）を放射する。２つのレーザポインタ１６５は、専用の電源スイッチか、または、カメラの電源および操作を制御するコンピュータによって電源を『オン』にできる。生体部分の表面（例えば、患者の前腕の皮膚）が標的システムの収束点に位置する場合は、１つの可視光点が表面に現れる。生体部分が、収束点距離よりレンズの近く、または、遠くに位置する場合は、収束点距離から生体表面までの距離に比例して、生体表面上に収束距離だけ離れて２つの光点が現れる。一般的に、３０．４８ｃｍ〜９１．４４ｃｍ（１２〜３６インチ）のカメラ動作対象域内で、１つまたは２つの光点が生体表面に現れる。光線経路１６７と光線経路の交点１６９の位置は、患者の生体表面上で、また、図５に示すように画像表示画面の視覚画像上で、可視光点として観察することができる。

ブラケット１６１のレバー１６４は、約１倍から約２．２５倍までの倍率のスケールで表示されるスロット内で操作される。レンズは、撮影距離調整をすることなく画像ズームが可能な、マクロズームレンズであり、すなわち、一旦、レンズを通して画像に焦点を合わせると、その画像はズーム範囲を通して焦点が合ったままとなる。このように、収束レーザビームにより示される５５．８８ｃｍ（２２インチ）の距離および視野の中心は、拡大表示のために小児被験者にズームインするために、レバ−１６４を調整するときでさえ、常に正確である。図３に示すように、放射ｎＩＲ光７３は、患者の生体部分（体肢）１００に光接続（フォト・コミュニケーション）で取り付けられるｎＩＲ光源７０により供給される。

ｎＩＲ光源は、好ましくは、ｎＩＲ光が直接生体部分に入り通過できるように、患者の皮膚表面に装着可能で、かつ、使用中に光源が移動したり押されたりしないように生体部分に固定可能な、小型のディスポーザブル光源である。可視化のためにｎＩＲ光を放射する光源の例として、コヒーレントレーザダイオードおよび非コヒーレント発光ダイオード（ＬＥＤ）がある。ＬＥＤは、通常、７００ｎｍから１０００ｎｍまでの範囲でｎＩＲ光を放射する。好ましいのは、８１０ｎｍから８８０ｎｍまでの範囲内の放射７３を備えるＬＥＤである。ディスポーザブル光源（以下、ＤＬＳと称する）は、発光表面上にプラスチックの剥離ライナを有し、これにより、医療スタッフは、粘着性ハイドロゲルを露出および破壊することなく、血管アクセス処置を施すのに最適の場所を求めて、生体部分の静脈や動脈を検査することが可能になる。一旦、望ましい位置が決定されると、（新生児、小児および高齢者のために）皮膚への穏やかな粘着力、および、ｎＩＲ発光体（通常、ｎＩＲ‐ＬＥＤ）と患者の皮膚との光結合の両方を供給するための粘着性ハイドロゲル基材から、剥離ライナが取り除かれ（剥がされ）る。ＤＬＳは処置中にハンズフリーで使用でき、その使い捨て特性により、病気の蔓延に対するバリアとして機能する。ＤＬＳは、画像化する生体部分および表示する医療処置の要求に応じて、１つ、２つ、３つ、４つ、または、それ以上の発光体を備えることができる。ＤＬＳは、また、ＤＬＳが患者の皮膚に近接接触するときだけ光源を作動できるように、ｎＩＲ発光ダイオードへの電流を制御する近接センサを有する。電子インターフェースは、電力を受け取り（光源にバッテリ電源が内蔵されていない場合）、かつ、制御信号を受信するために、ｎＩＲ光源に接続する。電子インターフェースは、光源を遠隔制御装置に接続する有線のインターフェースか、または、光信号または無線周波数信号を含む、無線インターフェースであってよい。

本発明の一実施形態において、ｎＩＲ光源は、生体部分の皮膚表面に適用できる導光性かつ透光性構造と、前記構造に支持される光源（ｎＩＲ光源を含むが、必ずしもそれに限定されない）とを備える、使い捨ての、すなわち、ディスポーザブル光源（ＤＬＳ）装置である。前記装置は、生体部分の照射を供給し、また、患者に医療処置（流体や薬剤などの静脈への注入または静脈からの抽出や、静脈および動脈に関する様々な外科的処置および診断処理の促進を含む）を施す際に、静脈、動脈および、その他の皮下組織と生体内の対象物をリアルタイムで非侵襲性可視化し、識別するためのシステムおよび方法との併用に有用である。前記照射は、透光、側射（サイドイルミネーション）および後方散乱を含む。さらに、この光源は、その他の天然の皮下構造と、事故の結果として存在する、または人工装具として元の位置に装着された金属体やその他の非天然体等の異物の検出および識別も可能である。

前記ＤＬＳは、また、患者の対象の生体部分の表面に近接して位置することを検出する近接センサを備える。前記近接センサは、光源への電力の流れを制御し、ＤＬＳの発光経路が、対象の生体部分に近接近または接触したときのみ、光源を作動させ、ＤＬＳが前記生体部分への近接から外れた場合は光源の電源を切断できる。前記近接センサは、ＤＬＳの光（特にｎＩＲ光）が目的の生体部分以外の方向に放射するのを厳重に制限、好ましくは、防止することにより、検出された画像のノイズになったり、患者や医療関係者の目に入ったりする可能性を持つ不用意な発光を回避する。

前記ＤＬＳは、光源として電力を使用し、光源および任意の近接センサを患者の生体部分から電力的に絶縁する手段として電力絶縁層または膜を備える。電力絶縁膜または電力絶縁被覆剤の層は、ＤＬＳの光源および関連電力成分からの電力の流れ、またはＤＬＳの光源および関連電力成分への電力の流れが、生体の皮膚に，直に接触する潜在的導電性適合層を通して流れるのを防止し、電気ショックや電力が走った感覚または光源付近に医学的見地から付加的に配置された器具やセンサとの干渉を回避し、防止する。さらに、前記絶縁層は、生体の内部構造を画像化する際の照射に通常使用されるｎＩＲ発光ダイオードが発生する熱から体表面を遮断する。

前記ＤＬＳは、また、構成要素、機能、費用および複雑さを最小限にするために、光源の電源および制御装置をＤＬＳから遠隔に配置する光源を含む。取り付け可能な使い捨て光源の構造および構成要素の簡素化により、ＤＬＳ装置の価格を大幅に低減でき、血管アクセスや血管系、組織または生体の（内因性あるいは外因性）異物の皮下画像化を含む、より多様な医療処置での使用が可能になる。前記ＤＬＳは、また、使い捨てまたは交換可能な光源と、光源および近接センサを支持し、電源と制御装置に電力的に接続する再利用可能な構成とを備える。さらに、前記ＤＬＳは、内蔵バッテリを介してバッテリ駆動する構成であってもよいし、また、表示装置４０やその他の電源を含む外部装置に電力のために直接配線されてもよい。

適当なｎＩＲ光源装置および、その電力供給と制御方法の記述が、上記のクレーン等の米国特許第７，９２５，３３２号明細書、２０１１年８月１日出願の米国仮特許出願６１／５１３，６８９号明細書「Ｄｉｓｐｏｓａｂｌｅ Ｌｉｇｈｔ Ｓｏｕｒｃｅ ｆｏｒ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｕｂｃｕｔａｎｅｏｕｓ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ」、および、２０１２年８月１日出願の国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ２０１２／４９２３１明細書に記述されており、その開示は参照により本明細書中に援用される。

ｎＩＲ光を用いて生体を画像化する透光（トランスイルミネーション）法の使用において重要となる問題は、異なる人体の体肢の形状や状態に応じて伝送される光強度の広範さである。例えば、新生児や子供の手は、比較的薄いため、それに比べて遥かに厚みのある成人男性の前腕部などよりも光透過量がより多くなる。身体部分の様々な形状による 透過率の違いは、場合によっては、少なくとも４桁（１００，０００倍）以上になると見積られている。光強度の、このような幅広い変化にわたって有効な画像を提供するために、画像処理装置は、光照射に対する対数応答と１６ビットの強度分解能を用いる。

画像処理は、表示装置４０から離れたコンピュータ５０で実行可能であり、あるいは、表示装置４０内または表示装置４０上の一体型コンピュータ５０で実行可能である。コンピュータ５０は、表示装置４０と無線で、または、通信路４６を介して有線で接続され、そして／または、カメラ６０と無線で、または、通信路６６を介して有線で接続され、そして／または、光源７０と無線で、または、通信路７６を介して有線で接続される。コンピュータ５０および表示装置４０は、システム１に固定されてもよいし、または、その一方または両方が医療技術者によって持ち運びできる状態であってもよい。表示装置４０は、一体型画像表示画面４２を備えるコンピュータ４５を具備し、これにより、医療技術者はｎＩＲ光源操作、カメラ操作および取り込み画像処理の各々を、画面上のテーブル、メニューおよび装置の制御操作を使用して、表示装置一体型コンピュータから直接制御できる。表示装置一体型コンピュータ４５は、周知の無線通信装置および方法を使用して、リード線を介して、または、無線通信路７６を介して、直接光源７０に動作可能に接続される。表示装置４０は、また、専用の永久的または半永久的な処理とデータ記憶装置を備える画像表示装置を有する。表示装置は、液晶表示（ＬＣＤ）などを備える。表示装置のサイズは、医療技術者の要求および行われる医療処置の必要条件に合うように選択できる。表示装置のサイズ範囲は、約３８．１ｃｍ（１５インチ）以上から約１７．７８ｃｍ（７インチ）〜約３８．１ｃｍ（１５インチ）の間まで、さらに、約５．０８ｃｍ（２インチ）（７インチ）〜約１７．７８ｃｍ（７インチ）にまで及ぶ。

画像信号は、受信したｎＩＲ光の強度に基づいてグレーの階調を変える、モノクロのグレースケール画像信号を含む。処理された画像信号は、グレー、または、その他の希望する色の色調で表示できる。

表示画面４２は、表示域内におけるタッチの存在および位置を検出できるタッチ画面を含む。タッチ画面表示装置４２上に表示される画像は、医療スタッフまたはユーザの要求に合わせて、例えば、カメラ出力の視野６３（図１参照）を所望の特定表示に「サイズ調整」するために、親指と人差し指の片方だけ、または両方を使って、選択的にサイズを調整できる。

結果として表示される画像は、周知の手段によるものを含み、計算的に処理し、向上させることが可能である。表示装置一体型ＰＣは、また、特定の解剖学的特徴または組織型を強調表示するために、ｎＩＲ光の処理画像を向上させるためのプログラミングを含むことができる。

画像表示装置は、医療技術者が、裸眼で観察するための光透過された生体部分の画像を提供する。画像表示装置は、画像表示画面だけを提供する独立型装置であってもよいし、または、１つ以上の計算および制御装置と一体化した画像表示画面を備えてもよい。図１に示す実施例において、表示装置一体型コンピュータ４０（図１参照）のフラットパネル型タッチ画面４２は、（一般的に、対角線で３０．４８ｃｍ（１２インチ）以下の）大きくなりうる画像であって、最小値が２．５４ｃｍ（１インチ）につき８００ｘ４８０画素で、通常は１２８０ｘ７２０から１２８０ｘ１０２４画素である高解像度の画像を供給し、これにより、生体部分上の処置の領域を画像表示画面４２に「実物大」で表示できる。

ｎＩＲ光源、カメラおよび画像化と表示機能の操作ならびに制御は、コンピュータ上で行われ、スクリーン画像サイズ（例えば、フルスクリーンと部分スクリーン画像の間のサイズ）、可視化された画像の色（例えば、グレーまたはグリーン）の選択、静止画像またはビデオ画像の撮影および表示、オンボードのアーカイブ処理、そして、カメラからの処理画像の輝度、コントラストおよび彩度の減衰を含む画像処理、をタッチ制御するためのプログラミングを含むことができるが、これに限定されない。

コンピュータは、ここに記述するシステムの種々の操作を施行するための市販のソフトウェア・アプリケーションを実行できるオペレーティングシステムを備えた、市販のコンピュータであってよい。コンピュータは、また、カメラ、光源および表示装置に機能を供給し、かつ、画像処理および向上、画像およびデータのアーカイブ処理およびローカル網またはパブリック網への画像およびデータのライブストリーミングを含むが、それに限定されない、その他の機能性を提供する、専用ソフトウェアを、専用オペレーティングシステム上で動作できる。

コンピュータとのヒューマンインターフェースは、有線または無線のキーボード、マウスまたはカーソル位置決め装置、あるいは、（タッチ画面上の）人間の指または静電容量式スタイラスを含む、利用可能な任意の周知の手段を使用できる。限定されないヒューマンインターフェースの一例は、ユーザが、テキストコマンドよりむしろ画像コマンドを使用してシステムの電子成分と相互作用できる、グラフィックユーザインターフェース（ＧＵＩ）である。タッチ画面表示装置を使用するＧＵＩは、ユーザがグラフィック画像そのものに指またはスタイラスを合わせてタッチし、制御動作を実行することを可能にする。タッチ画面インターフェースは、例えば、カメラおよび光源装置、撮影した画像の編集および保存、そして、編集および処理された画像の画像表示装置への送信、保存、そして表示のための、メニューの選択および制御機能を提供できる。ユーザによるタッチ画面のタッチ方法には、１本以上の指または静電容量式スタイラスでの指さし、画面表面を横切るスワイプ、および、タッチ画面表面に接した２本以上の指でのつまみ（ピンチ）および拡張を含む。

表示装置一体型コンピュータ４５は、医療技術者が、例えば、高解像度、中解像度および低解像度の設定値の中から選択することを可能にする、異なる割合の画素ビニングを提供するようにプログラム可能である。表示装置一体型コンピュータは、画像およびデータ操作、装置の選択および制御、そして、電力およびバッテリ充電状態のメニューを含み、メニューには、一体型仮想キーボードを介するデータ入力のために画面タッチでアクセス可能である。表示装置一体型コンピュータに取り込まれたデータおよび画像は、ＵＳＢ（ユニバーサル・シリアル・バス）ポート、イーサネット（登録商標）、および／または、無線ネットワーク接続を介して、標準医療装置データ伝送言語（すなわち、ＤＩＣＯＭ）を使用してエクスポート可能である。

本発明の一実施形態において、制御装置は、光源の発光強度と１つ以上の（バイナリ設定、利得、および、鮮鋭化を含む）画像データ処理機能の統合制御を提供するために、タッチ画面インターフェースを介して操作可能である。通常、１０，０００倍以上の光強度範囲で撮像する必要がある。

新生児の血管撮像に代表される、第１の撮像条件において、新生児患者の生体は、小さくて非常に透明であることから、ｎＩＲ光の透過率が高くなる。血管は生体に応じてサイズが小さく細部が繊細で、観察するためには血管の高空間分解能と最適鮮明度が求められる。この厳しい条件下で、取り込んだ画像を処理するための設定は、低いカメラ利得、低ｎＩＲ光強度、高カメラ空間分解能、および、高画像鮮鋭度を含む。

成人男性の血管撮像に代表される、第２の撮像条件において、生体部分のｎＩＲ光透過率は、成人の生体の厚い筋肉組織のために、非常に低い。成人の血管は生体に対応して大きく、適切な観察のためには低空間分解能が必要である。この設定には、高カメラ利得、（より）低いカメラ空間分解能、および、（より）低い画像鮮鋭度と併せて、生体部分を最大透過するための最大ｎＩＲ光透過率が必要となる。

カメラ空間分解能は、画素ビニングにより制御される。カメラビニングは、なし（１ｘ１）、２ｘ２、３ｘ３、または、４ｘ４であってよい。画素ビニングは、比例的に、より高い光感受性（２ｘ２ビニングは光感受性を４倍に、３ｘ３ビニングは９倍に、４ｘ４ビニングは１６倍に増加する）もたらすが、対応するより低い空間分解能を伴う。画素ビニングは、１つの新しい画素を作成するために、バイナリサイズによって定義される画素ブロックの値を加算（合計）する。画素ビニングは、全てのビニングが空間分解能の減少をもたらすため、高空間分解能カメラが使用されるときだけ実用可能である。画像鮮鋭化は、明から暗または暗から明への隣接画素移行を増幅し、事実上、エッジの鮮鋭度を増加する、周知の画像処理アルゴリズムである。このテクニックは、カメラの利得が高く設定されているとき以外はよく機能する。カメラ利得が高い場合、画像鮮鋭化機能が高利得画像に存在するノイズを増幅し、より雑音の多い低信号対雑音比となり、結果として低品質の画像となる。

様々な種類のタッチ画面対応グラフィックユーザインターフェース（ＧＵＩ）により、システムの任意の特定操作または機能を実行するように設計できるが、制限があるとすれば、ＧＵＩ設計者の創造力の限界だけかもしれない。

一実施形態において、インターフェースは、ユーザ／オペレータ管理の制御機能としてオンスクリーン単一動作多機能スライダを有するＧＵＩを含む。タッチ画面上で動作するアプリケーションの仮想スライド式スイッチは、上記２つの極端な撮像条件の間の光源の動作のために、スライダの両端の間の連続帯に沿って移動可能である。仮想「感度」スライダは、最少強度と最大強度の間の範囲に沿った設定の所定の組合せになるように、光源（ｎＩＲ光強度）およびカメラ（利得、鮮鋭度、および画素ビニング）の特性を調整する。その結果として、仮想スライダの低透光率で高感度の端が、新生児の撮像端として最適化され、高透光率で低感度の端が、筋肉の発達した成人男性の体肢用に最適化されるかもしれない。図４は、患者の手の画像９０を表示する画像表示画面４２およびカメラ６０と光源７０とコンピュータ５０の画像処理を制御するオンスクリーンのグラフィックユーザインターフェース（ＧＵＩ）としてのタッチ画面インターフェース９２を示す。ＧＵＩ９２は、カメラ、光源および画像処理の種々の機能用に個別のタッチ領域を含む。単一動作仮想スライダ９４は、新生児用撮像端９６と成人前腕用撮像端９８の間で動作する。ユーザインターフェース領域は、ツール領域９２ａ、輝度領域９２ｂ、コントラスト領域９２ｃ、「画像保存」領域９２ｄ、バッテリ状態表示器９２ｅおよびコンディション状況領域９２ｆを含む。

感度スライダの低から高への移行は、以下に述べる画像調整をもたらす：

Ａ）ｎＩＲ透過光源（例えば、ＬＥＤ）への駆動電流は、低端の１メガアンペアから高端の８０メガアンペアまで、その間をスムーズに移行して、比例的に調整される。

Ｂ）カメラ利得は、低端の６デシベル（２倍）から高端の４１デシベル（１１２倍）まで比例的に調整される。

Ｃ）画素ビニングは、感度調整の低い３分の１部分での２ｘ２から、感度調整が中間の３分の１部分での３ｘ３、および高い３分の１部分での４ｘ４まで変化する。ビニングサイズの移行が行われると、対応して感度も変化する（第１移行で２．２５倍および第２移行で１．７８倍）。この感度調整をシームレス（見掛けの感度に突然の変化なく滑らか）に行うために、ビニング移行が行われるとき、カメラ利得が対応して低下し（第１移行で−２．２５倍および第２移行で−１．７８倍）、画像感度の滑らかでシームレスな調整を作り出す。

Ｄ）鮮鋭度調整も、また、３つのステップで活用される。鮮鋭度強化の度合は、０（鮮鋭度強化なし）、１（中程度の鮮鋭度強化）、および、２（高い鮮鋭度強化）に分類できる。鮮鋭度効果は感度調整の低い３分の１部分において２に設定され、感度調整が中間の３分の１部分において１に変化し、感度調整の高い３分の１部分に対しては０に降下する。

結果は、２つの端の間で光透過とカメラ感度の両方を同時に、かつ相互に接続して制御することにより、体肢の生体組織観察条件の最適な表示を提供する単一の調整機能である。

別の実施形態において、インターフェースは、ユーザ／オペレータ管理の制御機能として、オンスクリーンの２つのスライダを有するオンスクリーンのグラフィックユーザインターフェース（ＧＵＩ）を含む。図５は、患者の手の画像９０を表示する表示画面１４２およびカメラ６０と光源７０とコンピュータ５０の画像処理をコントロールするオンスクリーンのグラフィックユーザインターフェース（ＧＵＩ）としてタッチ画面インターフェース１９２を示す。ＧＵＩ１９２は、カメラ、光源および画像処理の種々の機能用に個別のタッチ領域を含む。表示部右手の一対の縦型仮想スライドコントローラ（スライダ）１９５および１９７は、ｎＩＲ光の感度および分解能（１９５）とｎＩＲ光強度（１９７）の別々の機能の制御および調整を提供する。ユーザインターフェース領域は、ツール領域１９２ａ、「画像保存」領域９２ｄ、バッテリ状態表示器１９２ｅ、および、ＤＬＳ接近状態領域１９２ｇを含む。

２つの縦型スライダ１９５および１９７は、患者毎に、体の大きさや組織の厚さの異なる患者を効果的に画像化するために、ｎＩＲ光感度のレベルおよびｎＩＲ光の量の制御を可能にする。カメラに使われる画像チップのアーキテクチャは、一般的に、最少画像分解能で最高レベルのｎＩＲ光感度を提供する。スライダ１９５および１９７上の可動スライダバー１９４は、（画像電解能に反比例する）ｎＩＲ光感度およびｎＩＲ光強度（ＤＬＳに供給される電流）の相対量を増加または減少させるために、指タッチまたはタッチペンにより、機能の０％から１００％まで、上げ下げ移動が可能である。スライダ１９５および１９７の、それぞれの上部と下部にある三角形１９８および１９９も、また、スライダバー１９４の移動に使用できる。

デフォルト条件では、一方のスライダバーの移動により、もう一方のスライダバーが同等に移動するように、２つのスライダバー１９４が連動する。スライダ１９５および１９７の上にあるロックアイコン１９３は、２つのスライダバー１９４が一緒にロックされているか、または、独立して移動できるように、ロック解除されているかを表示する。スライダバー１９４は、指または静電容量式スタイラスでロックアイコン１９３にタッチすることにより、ロック解除および再ロックすることができる。ｎＩＲ光感度・電解能スライダ１９５およびｎＩＲ光源強度スライダ１９７のスライダバーの独立した移動は、経験の少ないユーザが、撮像を最適化するために２つの制御設定を調整することを可能にする。ｎＩＲ光感度スライダバーは、ｎＩＲ感度と画像分解能を調整する。画像電解能は、ｎＩＲ感度と反比例する。厚みのある組織部分を通して画像化する際に必要となる可能性のある最大ｎＩＲ光感度（１００％）は、最少画像分解能を提供する。画像分解能は、ｎＩＲ光スライダバーを下方に移動させることにより増加できるが、それによりｎＩＲ光感度は減少する。ｎＩＲ感度は、血管系の最適画像を取得するために、ＤＬＳからのｎＩＲ光の量と釣り合いを取らなければならない。ｎＩＲ光の量は、良質の血管および組織の画像を取得するために、ｎＩＲ光の最適な量を供給するように調整される。ｎＩＲ光の照射が多すぎると、画像を「洗い流す（画像を光で圧倒する）」可能性があり、血管の画像が全く見えないか、低品質な画像となる。画像の「洗い流し」が起こると、血管または組織のコントラスト画像を表示するというより、むしろ白く（または、より明るく）光って見える。ｎＩＲ光が少なすぎると（または、ｎＩＲ光感度が低すぎると）、血管構造が不明瞭な暗い画像となるか、または、血管構造が全く表示されなくなる。一般的に、ｎＩＲ光強度が少ない場合は、高いレベルのｎＩＲ光感度が必要となる。

制御装置の設定がされ、撮像システムが処置の画像化の準備ができると、ユーザは、指またはスタイラスでタッチ画面表示部の画像部分をタッチし、表示部の画像部分を拡大させて画像表示部の全表示領域を塞ぎ、結果的に、種々の制御アイコンおよびＧＵＩのスライダが隠される。表示画像をフル画面まで拡大することにより、画像倍率は約０．５倍に増加する。結果として、例えば、ズーム制御レバーを１．５倍に設定したフル表示倍率は、実質的に２．０倍に増加する。表示画面を指またはスタイラスで２度目のタッチをすると、血管構造の部分画面表示が復活し、種々の制御を伴うＧＵＩ画面に戻る。

表示部に表示される血管組織の処理画像は、カメラアイコン１９２ｄを指またはスタイラスでタッチすることにより、後からダウンロードするために保存できる。画像の外部記憶ソースへのダウンロードは、表示装置一体型コンピュータ４５の上または内部に位置するアウトレット通信手段（例えば、ユニバーサル・シリアル・バス（ＵＳＢ）ポートを含む有線ポート、または、無線伝送）を介して実行できる。画像記憶ファイルＩＤは、自動的に割り当てられる番号であってもよいし、または、ＧＵＩ上に表示されるメニューを使用してユーザによって選択されるその他のファイル指定によって置き換えられてもよい。保存された画像に関するユーザの記録は、メニューからアクセスする仮想キーボードを介して画像ファイルと一緒に入力できる。

スライダ１９７のすぐ上に位置する「ツール」または「設定」アイコン１９２ａは、選択されると、工場出荷時の設定およびデフォルト設定の手動オーバーライドを含むシステムの機能を変更および更新するためにオンスクリーン・メニューを開く。これらの機能は、ファイル保存機能、画像輝度設定、ガンマ（人間の視覚とデジタル画像提示との相違を補償するために開発された複合関数）、コントラストおよび画像保存パスを含む。タッチ画面を有する表示装置一体型コンピュータの例は、自社ＯＳで動作するｉＰａｄ（登録商標）（アップル）、または、マイクロソフトのＯＳ（Ｗｉｎｄｏｗｓ７（登録商標）、Ｗｉｎｄｏｗｓ８（登録商標））で動作する、ＨＰ Ｃｏｍｐａｑ Ｔａｂｌｅｔ、Ｂｌａｃｋｂｅｒｒｙ Ｓｌａｔｅ（ＲＩＭ），および、Ｍｏｔｏｒｏｌａ Ｚｏｏｍがある。一般的なタブレット型コンピュータは、瞬時オン固体ハードドライブ、グラフィック処理装置（ＧＰＵ）、および、中央処理装置（ＣＰＵ）と記憶装置を有し、表示装置一体型コンピュータが、画像処理、編集、保存、表示およびｎＩＲ画像の送信を調整および制御するために、光源およびカメラの操作を制御するように構成されることを可能にする。

表示装置一体型コンピュータ４０は、光源（ＤＬＳ）７０と、カメラ６０およびその電子要素と機械要素と、を制御する、プログラミングおよび制御モジュールを含む。本発明の一実施形態において、ＤＬＳは、ｎＩＲ放射ミッドレンジＬＥＤ、または、複数のＬＥＤを有する。任意で、ＬＥＤは、不連続な一時的期間にｎＩＲ放射を提供するために「オン」から「オフ」にパルスする。「オン」から「オフ」へのＬＥＤの光パルスは、ＬＥＤの消費電力を最少にでき、かつ、ＬＥＤが発生させる熱を減少させることができる。ＬＥＤのパルス発光は、また、放出ピーク高さを上昇させ、信号対雑音比を増加することができる。シャッターの開口部は、透過光７４がカメラに捕えられたときだけｎＩＲ放射が行われ、これにより、信号対雑音比を向上させるように、ＬＥＤのパルスによって開閉可能である。

カメラ６０は、可視光およびｎＩＲ光の両方に対して感度が高いので、表示装置一体型コンピュータ４５は、また、周辺光サイクル（一般的に、病院やクリニックで使用される照明である蛍光灯）を検出し、ｎＩＲ光を周辺光サイクルの最少値に同期させるプログラミングおよび制御モジュールを有し、これは、２００４年１０月２８日公開の「米国特許公開２００４−０２１５０８１号明細書「Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ Ｓｏｕｒｃｅ ａｎｄ Ｓｅｎｓｏｒ ｆｏｒ Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｕｂｃｕｔａｎｅｏｕｓ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ」に記述され、その開示は参照により本明細書中に援用される。

患者の静脈への注射針の挿入などの一般的な医療処置において、本発明の装置は、患者の腕の血管構造の解りやすく、Ｘ線のような平面画像を広い視野で提供する。この結果は、狭い視野で断面像を供給する超音波装置で得られる画像と対照をなすものである。本システムは、殆どの成人の前腕、手首、および、手（しかし、これに限定されない）と、乳児の手、手首、前腕、肘、上腕、足および足首、かつ、成人では画像化しにくい、その他の乳児の生体部分（しかし、これに限定されない）とを含む、種々の生体部分の高品質画像を供給可能である。本システムの使用が役立つ医療処置のタイプは、サンプリング、モニタリング、栄養剤・流体・電解液・薬剤の静脈内投与、前腕経皮冠動脈および血管インターベンション、および、造影剤注入を含むが、これに限定されない。

図１に示すシステムを使用する一般的な処置において、表示装置一体型コンピュータ４５が起動され、ｎＩＲデジタルカメラ６０が、上述したように、表示装置一体型コンピュータ４５に接続され電源をオンにされる。医療技術者は、カメラで撮像する生体部分の画像を提供するために、カメラ６０をその遠端部に備え付けた関節接合の上部アーム２６の位置を、撮像される患者の生体部分上、約５５．８８ｃｍ〜６０．９６ｃｍ（２２〜２４インチ）に合わせる。この距離は、カメラを正面から外し、処置位置から離して設置するのに十分な長さであり、かつ、ズームレンズが患者の生体部分の明瞭で詳細な画像フィールドを供給するのに十分な近さである。医療技術者は、カメラのズーム設定（任意）を調整し、レンズ６４から伸びる手動制御、例えば、レバー（図示せず）を使用するか、表示装置一体型コンピュータ４５のドロップダウン・メニュー上の遠隔制御を使用して、処置位置の焦点の合った明瞭な画像が得られるまで焦点を合わせる。

ディスポーザブル光源（ＤＬＳ）装置７０は、その保護ホイル袋から取り出され、有線の通信路７６を介して表所装置一体型コンピュータ４０に接続され、ＤＬＳ７０への出力およびパルス信号制御が起動する。ガイドスロットが、ＤＬＳを表示装置一体型コンピュータ４０に有線接続するのをアシストするために、コンピュータ４０の入力ポートの上に配置される。ＤＬＳ７０は、ＤＬＳが患者の生体部分１００の皮膚に近接接触するまで、ＬＥＤを照射するための電力の供給を抑える近接センサ（２０１２年８月１日に出願された国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ２０１２／４９２３１に記述されており、その開示は参照により本明細書に援用される）を備えることができる。ＤＬＳのヒドロゲル接触面を覆うプラスチック膜を取り除く前に、ＤＬＳは画像化される患者の手首、手、または、その他の生体部分の下側の皮膚に接触して配置され、ＤＬＳのｎＩＲ‐ＬＥＤのパルスが起動する。医療技術者は、表示装置一体型コンピュータ４５のタッチ画面４２上の手首のｎＩＲ画像をモニタリングしながら、ＤＬＳの所望の位置が特定されるまで、画像化される手首、手、またはその他の生体部分を詳細に調べる。次いで、医療技術者は、プラスチック膜を剥がしてヒドロゲルの粘着層を露出し、画像化する手首、手、またはその他の生体部分の下側の所望の位置に粘着性のＤＬＳを接着する。処置中、ヒドロゲルの皮膚への粘着力は、選択位置で皮膚と光結合して接触するＤＬＳを支え、操作者または技術者の手を自由にして他の仕事ができるようにするのに十分である。ＤＬＳは、血管へのアクセス処置中にハンズフリーの操作を提供する。

ＤＬＳを皮膚に接着する際、近接センサが起動し、ＤＬＳへの出力制御が再構築される。手動レバー、または、表示装置一体型コンピュータ上のタッチ画面およびドロップダウン・メニューを使用して、技術者は、必要に応じて、カメラ６０のレンズ６４のピント、ＤＬＳの出力、および、タッチ画面に表示された取得画像の輝度、減衰およびコントラストにマイナーな調整を施す。その後、下部アームの遠端部にある表示画面一体型コンピュータは、タッチ画面が、すぐ手の届く見やすい位置に来るように、かつ、処置を施す医療関係者の操作の邪魔にならない位置に来るように、関節部で位置調整される。

画像表示画面４２に送信された、単一画像またはストリーミングビデオ画像を含む視覚画像は、アーカイブされ、表示装置一体型コンピュータ内に保存されるか、あるいは、リモート記憶装置および／または表示装置に送信または再送信されて、ローカルまたは（有線接続またはラジオ周波数（ＲＦ）を含む無線接続を使用して、クラウドストレージとして知られる、一般的に、サードパーティによってインターネットベースのデータセンターで提供される、データ保存の仮想設備にデータが保存される、ネットワークのオンライン記憶装置を含む）公衆ネットワーク上で、画像およびデータのリアルタイム出力またはアーカイブ検索を提供する。

単一画像およびビデオ画像を含む視覚画像は、データ記憶媒体（例えば、ハードドライブやフラッシュドライブなど）上に、永久的または半永久的な形式で固定され、ユーザが後からアクセスできるようにアイデンティティ（ファイル名）、データ記憶アドレスまたはデータ記憶位置によって識別される。ファイル名は、訂正または変更可能で、必要または要求に応じて、１つ以上のデータフィイルの識別がアーカイブ、変更、または、カスタマイズできる。

Claims (10)

1. 哺乳動物の生体部分の表皮下構造をリアルタイムで可視化するための撮像システムであって、
   １）生体部分を透過する近赤外（ｎＩＲ）光を放射するｎＩＲ光源と；
   ２）直立ポストを含む支持構造と、前記直立ポストから伸びる下部アームおよび前記直立ポストの上方部分から伸び、かつ、先端部を有する上部アームと、ここで、前記上部アームおよび前記下部アームは、それぞれ独立して関節動作し；
   ３）前記上部アームの先端部に取り付けられ、透過するｎＩＲ光を撮像するカメラと、ここで、前記カメラは、生体部分から遠隔の作動距離で検出視野を提供するためのズームレンズを含み、前記遠隔の作動距離は、生体部分に医療処置を行う際に、カメラが医療スタッフの視界を妨げるのを避けるのに十分な距離であり；
   ４）前記ズームレンズの焦点位置と検出視野の中心を表示する、前記カメラに結合する標的システムと；
   ５）前記撮像された透過ｎＩＲ光を画像信号に変換する画像処理装置と；
   ６）前記下部関節アームの先端部に取り付けられ、かつ、画像表示画面を有する画像表示装置と；
   ７）制御信号を前記カメラに送信し、電力および制御信号を前記ｎＩＲ光源に供給し、かつ、前記処理された画像信号を前記画像表示装置に送信する、少なくとも１つの制御装置と、
   を含む撮像システム。
2. 哺乳動物の生体部分の表皮下構造をリアルタイムで可視化するための撮像システムであって、
   １）哺乳動物の生体部分を透過する近赤外（ｎＩＲ）光を放射するｎＩＲ光源と；
   ２）生体部分から遠隔の作動距離で検出視野を供給するためのズームレンズを含むカメラと、ここで、前記遠隔の作動距離は、生体部分に医療処置を施す際に、カメラが医療スタッフの視界を妨げるのを避けるのに十分な距離であり；
   ３）前記ズームレンズの焦点位置と検出視野の中心を表示する標的システムと；
   ４）前記撮像した透過ｎＩＲ光を画像信号に変換する画像処理装置と；
   ５）制御信号を前記カメラに送信し、電力および制御信号を前記ｎＩＲ光源に供給する、少なくとも１つの制御装置と、前記処理された画像信号を受信し表示する表示画面とを含む画像表示装置と、
   を含む撮像システム。
3. 前記ｎＩＲ光源が、近赤外発光ダイオード（ｎＩＲ−ＬＥＤ）を含む、ディスポーザブルｎＩＲ光源装置である、請求項１および２に記載の撮像システム。
4. さらに、７００ｎｍと１０００ｎｍの間の通過帯域内の近赤外（ｎＩＲ）光を通過させるフィルタを含む、請求項１から３に記載の撮像システム。
5. 前記少なくとも１つの制御装置がコンピュータを含み、前記画像処理装置が、前記カメラまたは前記コンピュータと一体型であり、前記画像表示装置が、タッチ画面表示装置一体型コンピュータであり、かつ、前記画像処理装置が、検出されたｎＩＲ光の強度に対する対数反応と、１６ビットのグレースケール解像度を提供する、請求項１から４に記載の撮像システム。
6. 哺乳動物の生体部分の表皮化構造を可視化するための方法であって、
   ａ．前記生体部分に処置を施すためにカメラを設置する際、ユーザの視界を遮らないように、前記ユーザの目線より上にカメラを配置するステップと；
   ｂ．検出視野の中心を定めるために、前記生体部分に標的システムを向けることにより視野検出位置にカメラを移動し、かつ、ズームレンズの焦点位置を調節するステップと；
   ｃ．前記生体部分の下側に固定するように、近赤外光源を取り付け、前記生体部分を透光するために前記ｎＩＲ光源に電力を供給するステップと；
   ｄ．処置を施す際に、表示画面をユーザの視界内の表示位置に移動するステップと；
   ｅ．リアルタイムの透過ｎＩＲ光を検出し、リアルタイム透光画像にするステップと；
   ｆ．前記生体部分に処置を施す間、前記表示画面上に前記生体部分の前記リアルタイム透光画像を表示するステップと、
   を含む方法。
7. 哺乳動物の生体部分の表皮化構造を可視化する方法であって、
   ａ）ｎＩＲ光源と、生体部分を透過するｎＩＲ光を撮像するためのカメラと、前記生体部分の透光画像を表示するための画像表示装置と、前記ｎＩＲ光源と前記カメラと前記画像表示装置を制御し、前記撮像画像を処理し、かつ、前記処理画像を前記画像表示装置上に表示するためのコンピュータと、を含むシステムを提供するステップと；
   ｂ）前記ｎＩＲ光源の強度と、カメラ利得とカメラ空間分解能と画像鮮鋭度のうちの少なくとも１つとを操作する多機能制御機能であって、前記ｎＩＲ光源からの低い光放射と、低カメラ利得と高カメラ空間分解能と高画像鮮鋭度のうちの少なくとも１つを使用する第１の撮像条件に関連する第１位置と、前記ｎＩＲ光源からの高い光放射と、高カメラ利得と低カメラ空間分解能と低画像鮮鋭度のうちの少なくとも１つを使用する第２の撮像条件に関連する第２位置との間に配置可能な多機能制御機能を提供するステップと；
   ｃ）前記哺乳動物患者の生体部分の撮像処理を開始するステップと；
   ｄ）生体部分の前記ｎＩＲ光透過条件に従い、前記ｎＩＲ光源からの光放射と、カメラ利得とカメラ空間分解能と画像鮮鋭度のうちの少なくとも１つとの制御を提供するために、前記多機能制御機能の位置を選択するステップと、
   を含む方法。
8. 前記制御が、同時進行で、かつ、相互接続される、請求項７に記載の方法。
9. 前記カメラが、前記生体部分から遠隔の作動距離で検出視野を提供するためのズームレンズを含む請求項６から８のいずれか一項に記載の方法であって、さらに、ズームレンズを調整するステップを含む方法。
10. ｎＩＲ透光撮像システム内の多機能制御機能であって、前記システムが、ｎＩＲ光源と、患者の生体を透過するｎＩＲ光を撮像するためのカメラと、前記生体の透光画像を表示するための画像表示装置と、前記ｎＩＲ光源、前記カメラおよび前記画像表示装置を制御し、かつ、前記撮像した画像を処理し、前記画像表示装置上に前記処理画像を表示するコンピュータと、を含み、前記多機能制御機能が、前記光源の強度と、カメラ利得と鮮鋭度とカメラの空間分解能のうちの少なくとも１つとの動作を提供し、かつ、前記多機能制御機能が、前記ｎＩＲ光源からの低い光放射と、低カメラ利得と高カメラ空間分解能と高画像鮮鋭度のうちの少なくとも１つを使用する第１の撮像条件に関連する第１位置と、前記ｎＩＲ光源からの高い光放射と、高カメラ利得と低カメラ空間分解能と低画像鮮鋭度のうちの少なくとも１つを使用する第２の撮像条件に関連する第２位置との間に配置可能である、多機能制御機能。
    

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