JP2016087063A - 光学的生体イメージングシステム - Google Patents

Abstract

【課題】観察対象の大きさや形状が変化しても、正確かつ高精細な生体内部の画像を取得できる光学的生体イメージングシステムを提供する。【解決手段】二次元配列されている複数個の近接検知部２１０と、観察対象に光源光を照射する複数個の光照射部２２０と、光源光を出射する光源部２２１と、観察対象を透過した光を撮影する撮影部１００とを備え、観察対象の近接を検知した２以上の近接検知部２１０の間に挟まれて配置されている光照射部２２０から光源光を照射する光学的生体イメージングシステムＡ。【選択図】図２

Description

本発明は、生体の内部の血管の画像を取得する光学的生体イメージングシステムに関する。

低侵襲で被検者（生体）の血管を観察する装置として、例えば、特開２０１４−１３８８８７号公報に示すような血管画像撮影装置がある。前記血管画像撮影装置は、指(手)を透過する光を利用して、前記指の血管を撮影する。前記血管画像撮影装置は、前記指に光を照射する光源と、筐体の指接地面に形成され指を透過した光を通過させる撮影開口部と、前記撮影開口部を通過した光を撮影する撮影部を備えている。

前記血管画像撮影装置では、指下半面分が隠れる程度の低い側壁としての機能を有するガイド溝を備えている。前記ガイド溝は、指を置く場所を直感的に理解しやすい形で提示しており、指の形に合わせた形状を有している。前記ガイド溝の左右に前記光源が配置されている。そして、前記光源は、指の下半面への光の進行を防ぐ遮光板を備えており、前記光源からの光は、前記ガイド溝に配置された指の上半面に照射される。

前記血管画像撮影装置では、前記ガイド溝に撮影対象である指を配置し、前記光源から前記指に光を照射する。前記指を透過した光を撮影部で撮影することで、前記指の内部の血管の血管画像を取得する。上述したように、前記血管画像撮影装置では、指の上半面に光を照射することで、前記光源から直接入射或いは指の表面で反射して前記撮影部に入射する光の量を低減する。これにより、指を撮影したときに指の端部で発生する白飛びした領域（飽和領域）を抑制し、指の血管画像を正確に認識するための画像を取得することができる。

特開２０１４−１３８８８７号公報

特開２０１４−１３８８８７号公報の血管画像撮影装置では、撮影対象が指と決まっており、多少の個人差はあるとしても基本的の同じ形状を有している。そのため、撮影対象を配置するガイド溝及び光源の大きさ、形状及び配置はある程度決められたものとなる。

しかしながら、光学的生体イメージングシステムを治療や検査等の医療行為に利用する場合、撮影対象が指だけではなく、例えば、手のひら全体や腕、足、ふくらはぎ等、形状も大きさも異なる部分が撮影対象となる場合がある。異なる大きさ及び形状の撮影対象を配置できるような上述のガイド溝を構成することは困難である。また、多くの撮影対象を配置できる大きさの前記ガイド溝を形成した場合、撮影対象の前記撮影部側に光が進行しやすく、取得した血管画像の飽和領域の抑制が困難になる。

そこで本発明は、観察対象の大きさや形状が変化しても、正確かつ高精細な生体内部の画像を取得できる光学的生体イメージングシステム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は、二次元配列されているとともに観察対象の近接を検知する複数個の近接検知部と、隣合う前記近接検知部の間に配置されているとともに前記観察対象に光源光を照射する複数個の光照射部と、前記光照射部から照射される光源光を出射する光源部と、前記観察対象を透過した光を撮影する撮影部とを備え、前記観察対象の近接を検知した２以上の近接検知部の間に挟まれて配置されている光照射部から光源光を照射する光学的生体イメージングシステムを提供する。

この構成によると、観察対象に光源光を確実に照射するとともに、撮像部に光源光が直接入射するのを抑制することが可能である。これにより、観察対象を透過した光に比べ光量が多い（強度が高い）光が撮像部に入射するのを抑制し、撮影画像に過剰な光による白飛びや白浮きの発生を抑制する。これにより、生体の内部の特徴を詳細且つ正確に表示することが可能である。

上記構成において撮影部が光電変換部としてＣＩＧＳを用いたＣＩＧＳイメージセンサを備えていてもよい。近赤外領域で量子効率が高いＣＩＧＳイメージセンサを用いることで、生体を透過した近赤外光を正確に撮影することが可能である。それだけ、詳細かつ正確な生体イメージングが可能である。また、ＣＩＧＳ以外にも、ＣＩＳ、ＣＺＴＳ、ＩｎＧａＡｓ等の化合物半導体を用いるものを挙げることができる。

上記目的を達成するために本発明は、観察対象に対し指向性を有する光源光を照射する光源部と、前記観察対象に入射した光のうち外部に出射した光を撮影する撮影部とを備え、前記光源光の光軸が前記撮影部の外側を通るように、前記光源部が配置されている光学的生体イメージングシステムを提供する。

この構成によると、観察対象に光源光を確実に照射するとともに、撮像部に光源光が直接入射するのを抑制することが可能である。これにより、観察対象を透過した光に比べ光量が多い（強度が高い）光が撮像部に入射するのを抑制し、撮影画像に過剰な光による白飛びや白浮きの発生を抑制する。これにより、生体の内部の特徴を詳細且つ正確に表示することが可能である。

上記構成において撮影部が光電変換部としてＣＩＧＳを用いたＣＩＧＳイメージセンサを備えていてもよい。近赤外領域で量子効率が高いＣＩＧＳイメージセンサを用いることで、生体を透過した近赤外光を正確に撮影することが可能である。それだけ、詳細かつ正確な生体イメージングが可能である。また、ＣＩＧＳ以外にも、ＣＩＳ、ＣＺＴＳ、ＩｎＧａＡｓ等の化合物半導体を用いるものを挙げることができる。

上記構成において前記光源部が、前記観察対象に照射する光源光の波長域として、近赤外光領域の候補を含む複数の候補から選択してもよい。なお、前記波長域の複数の候補は、近赤外領域に少なくとも２以上の波長域の候補を含んでいてもよい。

本発明によると、観察対象の大きさや形状が変化しても、正確かつ高精細な生体内部の画像を取得できる光学的生体イメージングシステムを提供することができる。

本発明にかかる光学的生体イメージングシステムの一例の概略図である。 図１に示す光学的生体イメージングシステムの概略構成を示すブロック図である。 ＣＩＧＳイメージセンサの量子効率と生体情報イメージング領域を示す図である。 載置台の平面図である。 本発明にかかる光源ユニットの上部に観察対象が配置されている状態の一例を示す平面図である。 本発明にかかる光源ユニットの上部に観察対象が配置されている状態の他の例を示す平面図である。 本発明にかかる光学的生体イメージングシステムの他の例の概略配置図である。 生体イメージング動作を示すフローチャートである。 画像処理イメージを示す図である。 画像処理後の映像データを表示部に表示した概略図である。

以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は本発明にかかる光学的生体イメージングシステムの一例の概略図であり、図２は図１に示す光学的生体イメージングシステムの概略構成を示すブロック図である。図１、図２に示すように、光学的生体イメージングシステムＡは、カメラユニット（撮影装置）１００と、光源ユニット２００と、制御ユニット（ノートパソコン）３００と、支持ユニット４００とを備えている。なお、詳細については後ほど詳述するが、光学的生体イメージングシステムＡは、データログと解析機能による定量評価、及び、複数の近赤外波長での生体観察評価等の特徴を有しており、生体を非侵襲的に観察するものである。

支持ユニット４００は、載置台４１０と、支柱４２０と、カメラ保持部４３０とを備えている。載置台４１０には光源ユニット２００が取り付けられている。載置台４１０は上面に載置した観察対象に対し、光学的生体イメージングに用いる光(近赤外光)を照射する構成となっている。載置台４１０の上面には、開口４１１が形成されており、開口４１１を介して光源ユニット２００からの光を観察対象に照射する。光源ユニット２００の詳細については、後述する。

支柱４２０は載置台４１０の側面に、載置台４１０の上面に対して直交する方向に延びるように固定されている。また、支柱４２０には、載置台４１０の上面と対向するように配置されたカメラ保持部４３０が設けられている。カメラ保持部４３０は、レンズユニット１３０（後述）が観察対象に向くようにカメラユニット１００を保持する。

なお、図１に示す支持ユニット４００では、載置台４１０、支柱４２０及びカメラ保持部４３０は固定されているが、これに限定されるものではない。例えば、支柱４２０が載置台４１０に回動可能な構造であってもよいし、カメラ保持部４３０が載置台４１０の上面に対し上下移動可能な構造であってもよい。また、カメラ保持部４３０及び（又は）支柱４２０がレンズユニット１３０の光軸を揺動可能とするような構造を有していてもよい。いずれの構造の場合でも、支柱４２０及びカメラ保持部４３０を任意の位置で固定できる構造を有している。

載置台４１０は、内部に配置される光源ユニット２００に電力を供給するための電源ケーブル４４１を備えている。また、電源ケーブル４４１の先端にＡＣアダプタ４４２が設けられている。なお、光源ユニット２００には、後述する電源回路２４０が設けられており、電源ケーブル４４１は電源回路２４０に接続されている。しかしながら、これに限定されるものではなく、電源ケーブル４４１又はＡＣアダプタ４４２に電源回路が設けられていてもよい。

図１、図２に示すように、カメラユニット１００は、筐体１１０と、カメラモジュール１２０と、レンズユニット１３０とを含む。筐体１１０は、その内部に電子部品群（後述するＣＩＧＳイメージセンサ１２１など）を収納する外装部材である。筐体１１０は、レンズユニット１３０が着脱可能な構造を有している。

図２に示すように、カメラモジュール１２０は、ＣＩＧＳイメージセンサ１２１と、カメラ制御部１２２と、外部接続インターフェース１２３と、発振器１２４と、温度調整部１２５とを備えており、これらの電子部品は不図示の配線基板に実装されている。

カメラ制御部１２２は、ＣＩＧＳイメージセンサ１２１、外部接続インターフェース１２３、発振器１２４及び温度調整部１２５と接続しており、各部と信号の送受信可能な構成となっている。カメラ制御部１２２は、カメラモジュール１２０の制御、実装されている素子からの信号を処理して各種データを取得する或いは制御ユニット３００（の後述する処理部３３０）からの制御コマンドに基づいて各電子部品への制御信号を生成する処理回路を備えている。また、カメラ制御部１２２は、ＣＩＧＳイメージセンサ１２１からの撮影信号に基づいて撮影データを生成する処理も行う。

なお、撮影信号と撮影データとは、例えば、次のようなものである。撮影信号はＣＩＧＳイメージセンサ１２１の各画素が光電変換によって取得した画素ごとの電気信号であり、撮影データは撮影した映像を数値化したデータである。また、カメラ制御部１２２としては、例えば、制御及び（又は）処理プログラミング可能なＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ｗａｙ）を採用している。

ＣＩＧＳイメージセンサ１２１は観察対象（被写体）からの光を画素ごとに電気に変換し、撮影信号を取得（出力）するセンサである。ＣＩＧＳイメージセンサ１２１では、カメラ制御部１２２からの制御信号に基づいた処理が行われる。例えば、ＣＩＧＳイメージセンサ１２１は、カメラ制御部１２２からの制御信号に基づいて撮影を行うとともに、取得した撮影信号をカメラ制御部１２２に送信する。

ここで、ＣＩＧＳは、銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、及び、セレン（Ｓｅ）から成る化合物半導体であり、一般的なシリコン（Ｓｉ）よりも幅広い波長の光を電気に光電変換することが可能である。イメージセンサ１２１の諸元としては、例えば、有効画素数：横６５６×縦４８８（３２万）画素（白黒）、画素ピッチ：７．５μｍ、フレームレート：１２０フレーム／秒（プログレッシブ）、及び、チップサイズ：横７．５７ｍｍ×縦７．９２ｍｍを挙げることができる。以下に、ＣＩＧＳイメージセンサ１２１の詳細について説明する。

図３はＣＩＧＳイメージセンサの量子効率と生体情報イメージング領域を示す図である。本図の横軸は光の波長を示している。また、縦軸（左）は撮影素子（ＣＩＧＳ１、ＣＩＧＳ２、及び、Ｓｉ−ＣＭＯＳ）の量子効率を示しており、縦軸（右）はヘモグロビンと水の吸収係数を示している。なお、撮影素子（受光素子）の量子効率ηは、入射光子量に対して発生するキャリア数（出力電流）の比（η＝（ｈｃ／ｑλ）×（Ｉ／ｐ）、ただし、ｈ：プランク定数、ｃ：真空中の光速度、ｑ：電子電荷、λ：波長、Ｉ：出力電流、ｐ：入射光子量）として定義される。

従来、固体撮影素子としては、Ｓｉ−ＣＭＯＳ（ＳｉベースのＣＭＯＳ［Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ］素子）が広く利用されている。Ｓｉ−ＣＭＯＳは、可視光領域にピーク感度を持っているが、近赤外領域の量子効率はさほど高くない。一方、本発明の第１実施例であるＣＩＧＳ１は、図３に示すように、可視光領域から近赤外領域（ＣＩＧＳ１では１２００ｎｍ付近）までの幅広い波長領域を高い量子効率でカバーする。また、本発明の第２実施例であるＣＩＧＳ２は、Ｓｉ−ＣＭＯＳでは観察が困難である、より長波長の近赤外光領域（ＣＩＧＳ２では１３００ｎｍ付近）まで感度を持つ。

このように、ＣＩＧＳイメージセンサ１２１（ＣＩＧＳ１、ＣＩＧＳ２）は、Ｓｉ−ＣＭＯＳと比較して幅広い波長領域において量子効率が高いので、光を電気に変換する光電変換効率が高い。また、生体透過性が高いので、生体イメージングに適するとされる７００ｎｍ〜１１００ｎｍ前後の波長領域で高い量子効率を示す。従って、ＣＩＧＳイメージセンサ１２１は、生体イメージングに適しているといえる。

ＣＩＧＳイメージセンサ１２１は、広い波長帯域で量子効率が高いので、複数の波長帯域を任意に切り替えながら撮影を行うことにより、水分やヘモグロビンなどで吸収係数が異なる特徴を生かして、生体の特徴部位の画像を抽出したり強調したりすることが可能である。

例えば、近赤外光の波長領域を切り替ながら複数の撮影データを取得し、これらを演算して画像合成ないし特徴抽出（エッジ強調など）を行うことができる。これにより、ＩＣＧ蛍光材等の造影剤を使用せずに、血管や血流の観察を行うことができる。

ＣＩＧＳイメージセンサ１２１の撮影領域には、レンズユニット１３０を透過した光が入射する。レンズユニット１３０は、１個又は複数個のレンズを組み合わせた光学系を含む構成であり、レンズユニット１３０に入射した被写体（観察対象）からの光をＣＩＧＳイメージセンサ１２１に結像させるための光学系である。レンズユニット１３０は、任意に交換することができる構成とすることができる。着脱可能な構成とすることで、観察対象に応じて、焦点距離の異なるレンズに交換したり、ズームレンズを装着したりして、ワイド撮影や部分拡大撮影などを行うことが可能となる。

なお、ＣＩＧＳイメージセンサ１２１に光を導く光学系としてレンズユニット１３０を挙げているが、これに限定されるものではなく、例えば、プリズム等を用いるものや光ファイバ、像導伝部材等を用いるものであってもよい。また、レンズユニット１３０の内部に設けられているアクチュエータを駆動することで、オートフォーカス、ズーム、絞り等を調整できるようにしてもよい。このように、レンズユニット１３０が調整可能である場合、カメラ制御部１２２が制御ユニット３００からの制御コマンドに基づいてレンズユニット１３０のアクチュエータを制御するが、制御ユニット３００がアクチュエータを直接制御してもよい。

再度、図２を参照し、カメラモジュール１２０の説明に戻る。外部接続インターフェース１２３は、外部機器（ここでは、制御ユニット３００）との接続ケーブルを接続するためのコネクタを有している。外部接続インターフェース１２３としては、例えば、ＵＳＢインターフェース、ＩＥＥＥ１３９４インターフェース等、接続するケーブルの規格に対応したものを広く採用することができる。また、外部接続インターフェース１２３は、無線通信で外部機器と接続するものであってもよい。この場合、コネクタではなく、電波を送受信することができる構成を有している。

外部接続インターフェース１２３は、カメラ制御部１２２と接続されている。外部接続インターフェース１２３にＵＳＢケーブルＬ１０が接続されることで、カメラ制御部１２２が制御ユニット３００の後述する処理部３３０と接続される。これにより、カメラ制御部１２２は、処理部３３０からの制御コマンドを受信したり、処理部３３０に撮影データを送信したりする。カメラユニット１００は、ＵＳＢケーブルＬ１０を介して制御ユニット３００から電力が供給されている。

発振器１２４は、カメラ制御部１２２を含む半導体素子の動作の基準となる同期信号を送信する。発振器１２４としては、水晶振動子を備えた水晶発振器を挙げることができるが、これに限定されるものではない。発振器１２４から送信された同期信号は、カメラ制御部１２２に送信されるようになっている。

温度調整部１２５はＣＩＧＳイメージセンサ１２１の温度を、一定の範囲に収まるように調整する。ＣＩＧＳイメージセンサ１２１の駆動時の熱を外部に排出するための素子（例えば、ペルチェ素子）を備えている。ペルチェ素子は電圧を印加することで、温度差を発生する素子であり、ペルチェ素子の高温側の温度を低下させることで、低温側の温度を下げることができる素子である。例えば、ペルチェ素子の低温側をＣＩＧＳイメージセンサ１２１の温度が上昇する部分に近接配置（接触配置）し、高温側にヒートシンクを取り付けて高温側の熱を外部に排出することでＣＩＧＳイメージセンサ１２１の温度上昇を抑制できる。さらに、ヒートシンクからの放熱を効果的に行うため、冷却用のファンを設けた構成であってもよい。

なお、温度調整部１２５は、ペルチェ素子とヒートシンク（必要に応じてファン）を備えた構成となっているが、ＣＩＧＳイメージセンサ１２１の温度上昇を確実に抑制できるものであれば、この構成に限定されるものではない。例えば、ＣＩＧＳイメージセンサの温度上昇が緩やかであれば、ヒートシンクとファン或いはファンだけを用いる構成であってもよい。温度調整部１２５は、ＣＩＧＳイメージセンサ１２１の温度を測定する素子も備えている。温度調整部１２５は測定したＣＩＣＳイメージセンサ１２１の温度を温度信号としてカメラ制御部１２２に送る。カメラ制御部１２２は、ＣＩＧＳイメージセンサ１２１の温度信号に基づいて、ＣＩＧＳイメージセンサ１２１の温度が一定の範囲内に収まるように、温度調整部１２５を制御する制御信号を送信する。カメラ制御部１２２による温度調整部１２５の制御は、カメラ制御部１２２にあらかじめ組み込まれた処理であってもよいし、制御ユニット３００からの制御コマンドに基づいて行ってもよい。

このように、温度調整部１２５を備えていることでＣＩＧＳイメージセンサ１２１の温度上昇を抑制することが可能であり、ＣＩＧＳイメージセンサ１２１の温度上昇による精度（例えば、Ｓ／Ｎ比）の低下を抑制することが可能である。なお、ＣＩＧＳイメージセンサ１２１の温度上昇が精度低下を伴わない範囲である場合、温度調整部１２５は省略してもよい。

制御ユニット３００は、光学的生体イメージング用の専用アプリケーションをインストールして実行することにより、光学的生体イメージングシステムＡを統括的に制御する主体である。制御ユニット３００は、カメラユニット１００の動作制御や各種設定を行ったり、カメラユニット１００で得られた撮影信号に基づいて生体像の作成、表示、解析、記録等を行う。なお、制御ユニット３００としてノート型ＰＣとしているが、これに限定されず、光学的生体イメージングシステムＡに最適化された専用端末を用いても構わないし、或いは、広く普及している携帯情報端末（タブレットやスマートフォンなど）を用いても構わない。

図２に示すように、制御ユニット３００は、操作部３１０と、表示部３２０と、処理部３３０と、接続インターフェース３４０と、記憶部３５０とを備えている。操作部３１０、表示部３２０、接続インターフェース３４０及び記憶部３５０は、処理部３３０に接続されており、処理部３３０からの制御信号に基づいて制御される。

操作部３１０は、操作者が光学的生体イメージングシステムＡの操作に使用するユーザインターフェースである。図１では、キーボードを例に示しているが、マウスやタッチパネル等のポインターを利用するものであってもよいし、専用端末の場合、光学的生体イメージングシステムＡの操作に最適化された入力装置を備えていてもよい。

表示部３２０には、カメラユニット１００で撮影した、操作を行うときの操作映像や生体イメージング映像が表示される。表示部３２０としては、液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置等の装置を挙げることが可能である。また、複数台の表示部３２０を同時に利用するようにしてもよい。

処理部３３０は、制御ユニット３００の各部を制御する制御信号を生成するとともに、カメラユニット１００及び光源ユニット２００を制御する制御コマンドを生成し、各部に制御信号又は制御コマンドを送信する。すなわち、光学的生体イメージングシステムＡの各部を統合的に制御する制御部として機能する。また、カメラユニット１００から送られる複数の撮影データから表示部３２０で表示する表示データを生成する処理等のデータ処理部としても機能する。

接続インターフェース３４０は制御対象の機器（ここでは、カメラユニット１００、光源ユニット２００）と接続するためのケーブルを接続するコネクタを備えている。接続インターフェース３４０は、例えば、ＵＳＢインターフェース、ＩＥＥＥ１３９４インターフェース等、接続するケーブルの規格に対応したものを広く採用することができる。ここでは、カメラユニット１００の外部接続インターフェース１２３と同じ規格のＵＳＢコネクタを備えた構成となっている。また、接続インターフェース３４０は、複数の接続用のコネクタを有しており、カメラユニット１００の外部接続インターフェース１２３及び光源ユニット２００の後述するインターフェース２５０の双方と同時に接続可能である。

すなわち、ＵＳＢケーブルＬ１０の一方の端部をカメラユニット１００の外部接続インターフェース１２３と接続し、他方の端部を制御ユニット３００の接続インターフェース３４０と接続することで、カメラユニット１００と制御ユニット３００とが接続される。これにより、制御ユニット３００の処理部３３０とカメラユニット１００のカメラ制御部１２２との間で信号、データ、コマンド等の送受信が可能となる。

また、ＵＳＢケーブルＬ２０の一方の端部を光源ユニット２００のインターフェース２５０と接続し、他方の端部を制御ユニット３００の接続インターフェース３４０と接続することで、光源ユニット２００と制御ユニット３００とが接続される。これにより、制御ユニット３００の処理部３３０と光源ユニット２００の光源制御部２３０との間で信号、データ、コマンド等の送受信が可能となる。

記憶部３５０は、カメラユニット１００から送られた撮影データや処理部３３０で演算処理を行っている途中の処理データ等を記憶する。また、光学的生体イメージングシステムＡのアプリケーションも記憶している。記憶部３５０としては、読み出し専用のＲＯＭ、書き換え可能なＲＡＭを含む構成を挙げることができる。また、処理部３３０で生成された表示データを汎用型の再生装置で閲覧できるようにするため、ＢＤやＤＶＤ等の可搬性を有するメディアに記録する記録装置を備えていてもよい。

光学的生体イメージングは、観察対象を透過した光をカメラユニット１００で撮影することで、観察対象の内部（例えば、血管、リンパ管等）の状態を観察する。光学的生体イメージングシステムＡでは、載置台４１０に配置された光源ユニット２００から載置台４１０の上面に載置された観察対象に光（近赤外光）を照射する。以下に、光源ユニット２００について詳しく説明する。

図２に示すように、光源ユニット２００は、近接検知部２１０、光照射部２２０、光源制御部２３０、電源回路２４０及びインターフェース３５０を含む。図４は載置台の平面図である。光源ユニット２００の上面が、載置台４１０の上面に形成された開口４１１から外部に露出するように形成されている。図４では近接検知部２１０にハッチングをしている。図4に示すように、光源ユニット２００の上面は、平面視正方形状の近接検知部２１０と、同じ大きさの正方形状の光照射部２２０とが縦横方向交互に二次元配列されている。

近接検知部２１０は観察対象が一定の距離に近接したことを検知する近接センサ２１１と、近赤外線をカットする近赤外光カットフィルタ２１２とを含む。近接検知部２１０には、光源ユニット２００の上面から光が入射するように構成されており、観察対象が光源ユニット２００の上面に近接すると、近接検知部２１０に入射する光量が減少する。近接センサ２１１は入射される光量を検知することで観察対象の接触又は近接を検知する。近接センサ２１１は入射する光量に基づく光量信号を光源制御部２３０に送信する。近接センサ２１１は、平面視において近接検知部２１０と同じかほぼ同じ大きさを有しており、近接検知部２１０の遮光を検知している。

近接センサ２１１としてＣｄＳセルを用いている。ＣｄＳセルは、入射する光量が減少すると抵抗が大きくなる素子である。ＣｄＳセルは光量信号として抵抗値を光源制御部２３０に送信する。また、近接センサ２１１としては、ＣｄＳセルに限定されるものではなく、例えば、照度センサ等を用いることも可能である。また、光量（遮光）を検知するセンサに限定されるものではなく、光源ユニット２００に対して一定以内の距離に接近（又は接触）していることを検知できるセンサを広く採用することができる。

また、近接検知部２１０は光照射部２２０と隣接して配置されているものであり、光照射部２２０の後述するＬＥＤ光源からの光源光が漏れると、観察対象の撮影に悪影響が出る場合がある。そのため、近接検知部２１０は、近赤外光カットフィルタ２１２で近赤外領域の漏れ光が近接検知部２１０から観察対象に照射されるのを抑制している。なお、図２では、近接センサ２１１の上部（観察対象に近い側）に近赤外光カットフィルタ２１２を配置しているが、これに限定されるものではなく、隣接する光照射部２２０からの近赤外光を効果的にカットできれれば、近接センサ２１１の下部でもよい。

光照射部２２０は、生体に照射する光の波長域を複数の候補から選択することが可能な光源部である。光照射部２２０は、ＬＥＤモジュール（光源部）２２１と、光学部材２２２とを備えている。

ＬＥＤモジュール２２１は、波長域の異なる複数（ここでは、４種類）のＬＥＤ光源を備えている。ＬＥＤモジュール２２１に含まれる複数のＬＥＤ光源としては、近赤外光（波長７５０〜１３００ｎｍ）を出力する近赤外光ＬＥＤ光源のほかに、可視光（波長３８０〜７５０ｎｍ）を出力する可視光ＬＥＤ光源を適宜組み合わせて用いることができる。例えば、近赤外光像を取得するためには、近赤外光ＬＥＤ光源から光源光を出射し、可視光像を取得するためには、可視光ＬＥＤ光源から光源光を出射するようにすればよい。

光照射部２２０において、ＬＥＤモジュール２２１は４個のＬＥＤ光源を平面上に並べて配置されることが多い。このような配列の場合、発光するＬＥＤ光源の位置によって光量むらが発生しやすい。そのため、光照射部２２０では光学部材２２２を利用して、ＬＥＤ光源から出射された光源光を均斉化し、ＬＥＤ光源の配置場所による光量むらを抑制する。なお、光学部材２２２としては、拡散シート、レンズシート、輝度上昇フィルム等を挙げることができる。また、光学部材２２２を用いて、光照射部２２０から出射される光を平行光又は略平行な光に変更して照射できるようにしてもよい。光照射部２２０から出射される光が平行光で、その光軸をカメラユニット１００に向けることで、観察対象の側面から漏もれてＣＩＧＳイメージセンサ１２１に入射する直接光を減らすことが可能となる。

光源波長の組合せとその技術的意義について、具体的な例を挙げて説明する。例えば、上述の４個のＬＥＤがそれぞれ７６０、８０５、９５０、１０５０ｎｍの光を出射することで血管イメージングが可能となる。これは、８０５ｎｍが酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンの光の等吸収点であり、８０５ｎｍ以下での光の吸収は脱酸素化ヘモグロビンの方が酸素化ヘモグロビンよりも大きく、８０５ｎｍ以上での光の吸収は酸素化ヘモグロビンの方が脱酸素化ヘモグロビンよりも大きいため、複数波長での吸光度変化を計測することで酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンの濃度変化を算出することができる。

また、７６０ｎｍの光はＩＣＧ蛍光観察を行う際の励起光源にも用いることができる。５５０、９３０、９４０、９６０ｎｍの光を用いることで、生体イメージングが可能となる。これは、９４０ｎｍは水と脂肪の等吸収点であり、９４０ｎｍ以下では脂肪の方が水よりも光の吸収が大きく、９４０ｎｍ以上では水の方が脂肪よりも光の吸収が大きいことと、５５０ｎｍの可視光と近赤外光の差を観察することで濃度変化を算出することができる。また、１０５０ｎｍの光はラマン散乱の励起光源としても利用できる１０６４ｎｍの光に置き換えることができる。また、１２５０ｎｍの光を用いることで、ヘモグロビンの光吸収が小さくなるので、血管情報を排除した生体イメージングが可能となる。これら以外にも、異なる波長の特性の違いを利用することで、様々なイメージングを行うことが可能である。

光源制御部２３０は、各光照射部２２０のＬＥＤモジュール２２１を構成するＬＥＤ光源とそれぞれ独立して接続されており、各ＬＥＤ光源を単体で又は複数のＬＥＤ光源を同時に駆動（発光）させる。また、光源制御部２３０は、近接センサ２１１と接続されており、近接センサ２１１からの光量信号に基づき、光源ユニット２００に観察対象が近接しているか否か判断する。

電源回路２４０は、電源ケーブル４４１を介して供給される電気を、光源制御部２３０、ＬＥＤ光源を駆動するために最適化された電圧（電流）に変換する回路である。電源回路２４０は従来よく知られた構成であるため詳細は省略する。

インターフェース２５０は、光源制御部２３０と接続されているとともにＵＳＢケーブルＬ２０の端部を接続するためのコネクタを備えている。また、ＵＳＢケーブルＬ２０で光源ユニット２００の駆動に必要な電力を供給できる場合、電源回路２４０、電源ケーブル４４１及びＡＣアダプタ４４２を省略してもよい。

このようにＵＳＢケーブルＬ２０を利用して、接続インターフェース３４０とインターフェース２５０とを接続することで、処理部３３０と光源制御部２３０とで信号、データ、コマンドの送受信が可能となる。光源制御部２３０は、処理部３３０からの処理コマンドに基づいて、ＬＥＤ光源の発光制御を行う（ＬＥＤ光源を駆動するための制御信号を生成し、対応するＬＥＤ光源に送信する）。なお、インターフェース２５０は、制御ユニット３００の接続インターフェース３４０との間で信号、データ、コマンド等を送受信できる構成であればよく、ＵＳＢ規格に限定されるものではない。

なお、本実施形態では、ＬＥＤ光源の発光制御は制御ユニット３００の処理部３３０からの制御コマンドに基づいて、光源制御部２３０が制御信号を生成することで行うようにしているが、これに限定されるものではない。例えば、制御ユニット３００がＬＥＤ光源を直接制御（発光）するようにしてもよい。

光学的生体イメージングシステムＡは光源ユニット２００の上部に配置（載置）された観察対象に、下側から光を照射し、透過した光を撮影することで観察対象（生体）の内部の状態（例えば血管、脂肪の状態等）をイメージングする。

近赤外光は、可視光に比べて生体内で減衰されにくいが、生体を透過すると光源から出射された光に比べて光量が小さくなる。ＣＩＧＳイメージセンサ１２１は、観察対象を透過した光を精細に撮影することができるようなダイナミックレンジに設定されている。このような、ＣＩＧＳイメージセンサ１２１に対し、ＬＥＤ光源から出射された光源光が直接入射すると、光源光が入射した画素で光電効果による電荷が飽和してしまいやすい。

ＣＩＧＳイメージセンサ１２１の構造上、下部電極間でリーク電流が発生しやすいため、直接光が入射した画素の周囲の画素にも電荷が流れ、画素での電荷が飽和してしまったり、本来の入射光で光電変換されて蓄積された電荷よりも大きな電荷が貯えられてしまったりする。このように電荷が飽和してしまうと、撮影映像の対応する画素白く塗りつぶされる、いわゆる、白飛びが発生する。また、電荷が飽和しなくても、リーク電流により電荷が多くなりすぎた画素も、本来の画像よりも白く（明るく）なる白浮きが発生する。

光学的生体イメージングシステムＡで観察対象の生体イメージングを行う場合、ＬＥＤ光源からの光源光が直接ＣＩＧＳイメージセンサ１２１に入射すると、生体イメージングの精度が低下する。

そこで、本発明にかかる光源ユニット２００では、複数個の近接検知部２１０と光照射部２２０とを利用して、側部から光が漏れないように、観察対象に光を照射している。本発明の光源ユニットの動作について新たな図面を参照して説明する。図５は本発明にかかる光源ユニットの上部に観察対象が配置されている状態の一例を示す平面図である。

図５に示すように長尺状（手指を想定している）の観察対象Ｈｋ１が光源ユニット２００の上部に載置されているとする。そして、観察対象Ｈｋ１と重なっている近接検知部２１０をＳ１〜Ｓ６、重なっていない近接検知部２１０をＳ０としている。同様に、観察対象Ｈｋ１と重なっている光照射部２２０をＬ１〜Ｌ６、重なっていない光照射部２２０をＬ０としている。

近接センサ２１１に用いられているＣｄＳセルは、入射する光が減少すると、抵抗が上昇する素子である。近接検知部２１０は光源ユニット２００上面から光が入射するように構成されており、上面を観察対象Ｈｋ１で覆われた近接センサ２１１の抵抗が高くなる。そして、近接検知部２１０に観察対象Ｈｋ１が近接又は接触したとき、近接センサ２１１の抵抗値が一定の値（閾値）を超えるように設定されている。光源制御部２３０には、光源ユニット２００の全ての近接検知部２１０に備えられている近接センサ２１１の抵抗値を示す光量信号が送信されている。そして、光源制御部２３０は、光量信号に基づいて、抵抗値が閾値を超えた近接センサ２１１が含まれる近接検知部２１０に観察対象Ｈｋ１が近接又は接触している判断する。

図５を例に説明すると、観察対象Ｈｋ１が重なっている近接検知部Ｓ１〜Ｓ６の近接センサ２１１に入光する光量が少なく、抵抗が高くなる。光源制御部２３０は光量信号に基づいて、近接検知部Ｓ１〜Ｓ６に備えられている近接センサ２１１の抵抗が閾値よりも高くなったことを検知し、近接検知部Ｓ１〜Ｓ６に観察対象Ｈｋ１が近接又は接触していると判断する。なお、観察対象Ｈｋ１が重なっていない近接検知部Ｓ０の近接センサ２１１の抵抗は閾値よりも低くなり、光源制御部２３０は観察対象Ｈｋ１が近接又は接触していないと判断する。

光源制御部２３０は、観察対象Ｈｋ１が近接又は接触している近接検知部Ｓ１〜Ｓ６の上方を取得しており、その情報に基づき、生体イメージングを行うための光を出射する光照射部２２０を決定する。以下に、光を出射する光源部の決定方法について説明する。

図４、図５に示すように、光源ユニット２００において、近接検知部２１０と光照射部２２０とは、正方形であり縦方向及び横方向（それぞれ直交する方向）に、交互に配列されている。一方向に配列されている近接検知部２１０（図５では、Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５又はＳ２、Ｓ４、Ｓ６）のうち、隣合う近接配置部２１０の両方に観察対象Ｈｋ１が近接又は接近している場合、その間の部分に配置される光照射部２２０にも観察対象Ｈｋ１が近接又は接近していると判断できる。

光源制御部２３０は、このことを利用して、観察対象Ｈｋ１が近接又は接近している光照射部２２０を検出し、その光照射部２２０から光を出射するようにＬＥＤ光源を駆動する。図５に示すように、光源部Ｌ２は近接検知部Ｓ１とＳ３、光源部Ｌ３は近接検知部Ｓ２とＳ４、光源部Ｌ４は近接検知部Ｓ３とＳ５、光源部Ｌ５は近接検知部Ｓ４とＳ６のそれぞれに挟まれている。そのため、光源制御部２３０は、光源部Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５のＬＥＤモジュール２２１を選択し、選択されたＬＥＤモジュール２２１に含まれるＬＥＤ光源のうち、生体イメージングに適した波長域の光源光がＬＥＤ光源から発光させる。

光源制御部２３０が、上述のように、光を出射する光照射部２２０を決定することで、観察対象Ｈｋ１と重なっている光照射部２２０から光を観察対象Ｈｋ１に照射する。これにより、観察対象Ｈｋ１に正確に光を照射させることができるとともに、観察対象Ｈｋ１からはみ出た直接光や、観察対象Ｈｋ１が近接又は接触していない光照射部２２０からの直接光がＣＩＧＳイメージセンサ１２１に入射するのを抑制できる。

図５では、近接検知部２１０及び（又は）光照射部２２０に伸びる観察対象Ｈｋ１が配置されたときについて説明した。しかしながら、被検者の手や腕等は、直線上に伸びるものばかりではなく、近接検知部２１０及び（又は）光照射部２２０の配列方向に対して一定の角度をつけて、すなわち、斜めに配置される場合もある。図６は本発明にかかる光源ユニットの上部に観察対象が配置されている状態の他の例を示す平面図である。

図６に示すように観察対象Ｈｋ２は、近接検知部２１０及び光照射部２２０の配列方向に対して斜めに配置されている。近接検知部２１０の近接センサ２１１は入射する光の光量によって抵抗が変化する。上述のように、近接センサ２１１に入射する光量が一定以下となると、近接センサ２１１の抵抗が閾値をこえる。すなわち、近接検知部２１０が観察対象Ｈｋ２によって一定面積以上遮られると、近接センサ２１１の抵抗が閾値を超える。

このことを利用して、光源制御部２３０は、観察対象Ｈｋ２が近接又は接近している近接検知部２１０を検知し、光を照射する光照射部２２０を決定する。図６を参照して説明する。例えば、近接検知部２１０のおよそ７０％が隠されたときに観察対象Ｈｋ２が近接検知部２１０と近接又は接触していると判断し、そのときの近接センサ２１１の抵抗を閾値とする。図６において、近接検知部Ｓ１３、Ｓ１６は観察対象Ｈｋ２に１００％覆われており、光源制御部２３０は近接検知部Ｓ１３、Ｓ１６に観察対象Ｈｋ２が近接又は接触していると判断できる。

図６に示すように、近接検知部Ｓ１１、Ｓ１４、Ｓ１５は観察対象Ｈｋ２が７０％以上覆われている。そのため、近接検知部Ｓ１１、Ｓ１４、Ｓ１５に設けられる近接センサ２１１の抵抗値は閾値よりも高くなる。そのため、光源制御部２３０は近接検知部Ｓ１１、Ｓ１４、Ｓ１５に観察対象Ｈｋ２が覆っていると判断する。

一方、近接検知部Ｓ１２、Ｓ０１のように、観察対象Ｈｋ２が覆う面積が７０％未満の場合、入射する光量が多くなる。そのため、近接検知部Ｓ１２、Ｓ０１に設けられた近接センサ２１１の抵抗が閾値よりも低くなる。そのため、光源制御部２３０は近接検知部Ｓ１２、Ｓ０１には、観察対象Ｈｋ２が近接又は接触していないと判断する。

そして、光源制御部２３０は、近接検知部Ｓ１１、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１５、Ｓ１６の間に挟まれた光源部Ｌ１２、Ｌ１３、Ｌ１４を選択し、観察対象Ｈｋ２は光源部Ｌ１２、Ｌ１３、Ｌ１４のＬＥＤモジュール２２１の適切な波長域の光源光がＬＥＤ光源から発光する制御を行う。

以上のようにして、光源ユニット２００からＣＩＧＳイメージセンサ１２１に直接光が入射するのを抑制しつつ、観察対象に正確に光を照射することができる。なお、近接センサ２１１として、ＣｄＳセルのような素子を用いることで、近接検知部２１０の一部が観察対象に覆われていない場合でも、観察対象に覆われている部分と判断することが可能である。これにより、観察対象のより正確な位置を検知することができる。

なお、近接検知部２１０及び光照射部２２０を細かくすることで、観察対象の位置、大きさ及び形状を正確に検知することが可能である。

また、光学的生体イメージングシステムＡで観察対象の生体イメージングを行う場合、観察対象を動かして、撮影を行う場合もある。このような場合に備えて、観察対象の生体イメージングを実行している間も、近接センサ２１１からの光量信号を光源制御部２３０に送信しておき、光源制御部２３０は観察対象の移動、変形等を正確に検知することができる。これにより、観察対象を動かしながら生体イメージングを行う場合でも、ＣＩＧＳイメージセンサ１２１にＬＥＤ光源からの直接光（光源光）が入射するのを抑制し、正確な生体イメージングを行うことが可能である。また、観察対象の形状や大きさが変化しても、変化に対応して光源光を照射することができる。そのため、観察対象を動かして撮影を行う場合でも、詳細かつ正確な映像を取得することが可能である。

上述の実施形態では、光源制御部２３０は、近接センサ２１１からの光量信号に基づいて近接検知部２１０に入射する光量（遮光）を検知し、観察対象の形状、位置、大きさ等を認識していた。しかしながら、生体イメージングを行う場所の環境光によっては、入射する光量が同じでも、観察対象が近接検知部２１０を覆う面積（比率）が異なる場合がある。そこで、光源制御部２３０は、観察対象が配置される前の状態の近接センサ２１１からの光量信号と、観察対象が配置されたときの光量信号の比率に基づいて、観察対象が近接検知部２１０を覆う面積を検知するようにしてもよい。また、予め光量信号を検知できない場合や、環境光が変化する場合もある。その場合には、光源ユニット２００の全ての近接検知部２１０の近接センサ２１１からの光量信号のうち、最も光量が大きいものとの比率で観察対象が近接検知部２１０を覆う面積を検知するようにしてもよい。

また、本実施形態では、近接検知部２１０及び光照射部２２０の両方が同じ大きさの正方形としているが、これに限定されるものではない。例えば、観察対象の形状、配置方向がある程度決まっている診療に用いる場合、近接検知部２１０と光照射部２２０をひし形で形成してもよい。また、本実施形態では、近接検知部２１０と光照射部２２０とを交互に配列しているが、これに限定されるものではなく、近接検知部２１０の間に、複数個の光照射部２２０が配置される構成であってもよい。近接検知部２１０及び光照射部２２０をそれぞれ一定の間隔で配置できる構成を広く採用することができる。また、本実施形態では、近接検知部２１０と光照射部２２０とを敷き詰めた構成となっているが、部分的に隙間が形成されるような構成、例えば、円形を平面上に並べた構成としてもよい。

また、本実施形態では、光源ユニット２００として、平面状の上面を有し、その上面に観察対象を載置する構成のものとしているが、これに限定されるものではなく、折り曲げた状態等の観察対象の生体イメージングを行うため、光源ユニットの上面が側面から見て湾曲又は屈曲した形状としてもよいし、適度に湾曲又は屈曲させることができる構成であってもよい。

さらに、光源ユニット２００に観察対象を接触させて生体イメージングを行っているが、必ずしも接触していなくてもよい。例えば、載置台４１０の開口４１１を透光性を有する部材（例えば、ガラス、樹脂等）で塞ぎ、光源ユニット２００を載置台４１０の内部に配置するようにしてもよい。このように配置することで、光源ユニット２００と観察対象とは直接接触しないが、上述と同じ方法で、光照射部２２０からの直接光がＣＩＧＳイメージセンサ１２１に直接入射する光を低減することが可能である。

また、本実施形態において光源ユニット２００の発光源として、ＬＥＤ光源を採用しているが、これに限定されるものではない。例えば、レーザ発光素子、有機ＥＬ発光素子等の素子を利用してもよい。

（変形例）
光源ユニット２００の光照射部２２０のそれぞれに、透光（開く）又は遮光（閉じる）を行うシャッター部（光遮断部）を備えていてもよい。光源ユニット２００から観察対象に照明を行うとき、光源制御部２３０は光を出射する光照射部２２０のシャッター部を透光状態（開き）にし、その他の光照射部２２０のシャッター部を遮光状態（閉じる）にする。このような構成とすることで、隣の光照射部２２０の光が、漏れ光が出射を行わない光照射部２２０から外部に漏れるのを抑制する。これにより、より精度の高い生体イメージングを行うことが可能である。

なお、シャッター部としては、物理的に（機械的に）動作するものであってもよいし、液晶シャッター等を用いる構成であってもよい。また、シャッター部を備える構成の場合、光照射部２２０のそれぞれにＬＥＤモジュール２２１を備える構成であってもよいし、背面側から均一な光を照射し、光を照射するように選択された光照射部２２０に備えられているシャッター部を透光状態にすることで同様の効果を得ることも可能である。また、光ファイバー、導光部材等を利用して、離れた場所に配置されている発光源からの光を各光照射部２２０に導光し、光を照射するように選択された光照射部２２０に備えられているシャッター部を透光状態にすることで同様の効果を得ることも可能である。

（第２実施形態）
本発明にかかる光学的生体イメージングシステムの他の例について図面を参照して説明する。図７は本発明にかかる光学的生体イメージングシステムの他の例の概略配置図である。本実施形態にかかる光学的生体イメージングシステムは、光源ユニット５００が異なる以外は、第１実施形態の光学的生体イメージングシステムＡと同じ構成を有している。そのため、実質上同じ部分には同じ符号を付すとともに、同じ部分の詳細な説明は省略する。

光源ユニット５００は、複数個（４個）のＬＥＤ光源を備えたＬＥＤモジュール５１０が複数個備えた構成となっている。ＬＥＤモジュール５１０は、所定の間隔をあけて直線上に配置されているとともに、直線上に配置された配列が配置方向と直交するように並んでいる。図７で説明すると、紙面厚さ方向に並べられたＬＥＤモジュール５１０を、紙面左右方向に複数個（ここでは、４個）並べている。

光学的生体イメージングシステムＢでは、光源ユニット５００から出射された光が観察対象に確実に照射されるとともに、直接光がＣＩＧＳイメージセンサ１２１に入射しないことが要求される。そのため、光学的生体イメージングシステムＢでは、ＬＥＤモジュール５１０の複数個のＬＥＤ光源を光軸（図７中、Ｃ１で示す）が平行になるようにまとめている。そして、ＬＥＤ光源の光軸Ｃ１が、カメラユニット１００のレンズユニット１３０に直接入射しないように、カメラユニット１００に対して傾けて配置している。

詳しく説明すると、光源ユニット５００では、観察対象が載置台４１０の中央に配置されることを想定し、載置台４１０の中央から左側のＬＥＤモジュール５１０は光軸Ｃ１がカメラユニット１００に対して右側に傾くように配置されている。逆に中央から右側のＬＥＤモジュール５１０は光軸Ｃ１がカメラユニット１００に対して左側に傾くように配置されている。なお、光軸Ｃ１の光源ユニット５００の上面に対する傾斜角度は、ＬＥＤモジュール５１０配置場所によって異なる角度としているが、配置場所にかかわらず一定であってもよい。

ＬＥＤ光源は点光源であるため、ＬＥＤ光源から照射される光源光は、拡散光（拡散成分を含む光）である。ＬＥＤ光源の配光角によっては、光源光の拡散成分がＣＩＧＳイメージセンサ１２１に入射しても、白飛びや白浮きの原因になる。そこで、図示は省略しているがＬＥＤモジュール５１０には、光源光に指向性を持たせる（例えば、平行光にする）光学部材が取り付けられており、光源光は高い指向性を持つ光となる。

光学的生体イメージングシステムＢでは、レンズユニット１３０がＬＥＤ光源の光軸Ｃ１の延長線上から外れるようにカメラユニット１００と光源ユニット２００が配置されている。そして、ＬＥＤモジュール５１０からの光源光は指向性が高い光であるため、このままで撮影をした場合、光源光はレンズユニット１３０にほとんど入らない。

観察対象は生体であることから、光源光は観察対象の内部に入射した後、観察対象の内部で拡散され、ＬＥＤ光源の光軸Ｃ１とは異なる方向に進むとともに、観察対象から外部に出射する。このとき、観察対象から外部に出射される光のうち、一部はレンズユニット１３０に向かって照射されるため、ＬＥＤ光源の光軸Ｃ１上にレンズユニット１３０が無くても、観察対象からの光、すなわち、観察対象に入射した光源光が観察対象を透過した光の撮影ができる。

このように構成することで、観察対象の内部の画像を撮像することができるとともに、ＬＥＤモジュール５１０（ＬＥＤ光源）からの光源光が直接ＣＩＧＳイメージセンサ１２１に入射するのを抑制することができる。これにより、観察対象の生体イメージングを詳細且つ正確に行うことが可能である。

配置されている全てのＬＥＤモジュール５１０を光軸Ｃ１がカメラユニット１００に対して同じ方向に向くように配列されていてもよい。また、ＬＥＤモジュール５１０を複数の同心円状に配列し、それぞれのＬＥＤモジュール５１０の光軸Ｃ１が中央に向かうように傾けられていてもよい。

また、ＬＥＤモジュール５１０を回動可能に支持しておき、アクチュエータ等の駆動部を利用して、光軸Ｃ１の傾斜角度を変更可能に形成していてもよい。このように形成することで、観察対象が移動したり、変更されたりしたときにも、詳細な生体イメージングを行うことができる光源光を照射することが可能である。

その他の特徴については、第１実施形態と同じである。

以下に、本発明にかかる光学的生体イメージングシステムを用いた、生体イメージングについて説明する。図８は生体イメージング動作を示すフローチャートである。ここでは、第１実施形態の光学的生体イメージングシステムＡで生体イメージングを行ったときについて示すが、第２実施形態の光学的生体イメージングシステムＢでもほとんど同じである。よって、第２実施形態の光学的生体イメージングシステムＢを用いたときに異なる点については、その都度説明するものとする。

光学的生体イメージングシステムＡで生体イメージングを行う場合、操作者は目的（例えば、血管画像の取得、血流の定量評価等）について予め操作部３１０を利用して処理部３３０に入力している。処理部３３０はその目的に対応するような制御指示を、カメラ制御部１２２お飛び光源制御部２３０に送っている。以下の説明では、必要に応じて処理部３３０からの指示について説明する。

観察対象が光源ユニット２００の上部に載置されたとき、光源制御部２３０は、全ての近接検知部２１０の近接センサ２１１からの光量信号に基づいて、観察対象が接近又は接触している近接検知部２１０を検出する。これにより、光源制御部２３０は観察対象の大きさ、形状を認識する（ステップＳ１０１）。

光源制御部２３０は、観察対象の大きさ形状の情報に応じて、光源光を観察対象に対して照射する光照射部２２０を選択する（ステップＳ１０２）。このとき、光源制御部２３０は、光照射部２２０に配置されているＬＥＤユニット２２１も選択する。そして、光源制御部２３０は、処理部３３０からの指示に応じて観察対象に照射する光源光の波長域を選択する（ステップＳ１０３）。なお、光学的生体イメージングシステムＢでは、観察対象の大きさ、形状の認識（ステップＳ１０１）、光照射部２２０の選択（ステップＳ１０２）は省略される。

そして、光源制御部２３０は選択されたＬＥＤユニット２２１に含まれるＬＥＤ光源の中から選択された波長域の光源光を出射できるＬＥＤ光源を駆動し光源光を観察対象に対して照射する（ステップＳ１０４）。カメラ制御部１２２は、レンズユニット１３０を駆動し、観察対象にピントを合わせるとともに観察対象を透過した光を撮影する。そして、カメラ制御部１２２は撮影した撮影データを処理部３３０に送り、処理部３３０は記憶部３５０に保存する（ステップＳ１０５）。

処理部３３０は生体イメージングの目的から追加の撮影（異なる波長域の光を照射しての撮影）が必要か否か判断する（ステップＳ１０６）。追加の撮影が必要な場合（ステップＳ１０６でＹｅｓの場合）、光源制御部２３０は、次の撮影に必要な別の波長域を選択する（ステップＳ１０７）。そして、ステップＳ１０４に戻り、発光を行う。

追加の撮影が不要の場合（ステップＳ１０６でＮｏの場合）、処理部３３０は保存している撮影データをもとに画像処理を行う（ステップＳ１０８）。なお、画像処理としては、複数の画像を重ね合せ、複数の画像のうちひとつ（例えば血管の画像）の強調表示（例えば、着色）等を挙げることができる。

そして画像処理によって生成された表示データを表示部３２０に表示する（ステップＳ１０９）。処理部３３０は、生体イメージングの目的の中に定量評価（例えば、血流量の評価）が有るか否か確認する（ステップＳ１１０）。定量評価をしない場合（ステップＳ１１０でＮｏの場合）、ステップＳ１０１に戻り観察対象の大きさ、形状の認識から再開する。

定量評価する場合（ステップＳ１１０でＹｅｓの場合）、記憶部３５０に残っている撮影データを比較し定量評価を行う（ステップＳ１１１）。そして、定量評価の結果を表示部３２０に表示した後、ステップＳ１０１に戻り観察対象の大きさ、形状の認識から再開する。

以上のような手順で、観察対象の生体イメージングは行われる。

本発明にかかる光学的生体イメージングシステムでは、ＣＩＧＳイメージセンサと複数の波長域の光源光を出射できるＬＥＤモジュールを備えていることで、観察対象の形状、しわ、血管、リンパ等をそれぞれ又は同時に撮影することが可能になっている。

次に生体イメージングの手順について図面を参照して説明する。図９は画像処理イメージを示す図であり、図１０は画像処理後の映像データを表示部に表示した概略図である。本例では、観察対象である掌に、光源光として、９５０ｎｍ、１０５０ｎｍの光をフラッシュ照射して連続撮影した撮影データに基づいて、画像処理を行っている。

処理部３３０は記憶部３５０から画像データを呼び出し（図９のＦ１０１）、各波長の差分を演算（Ｆ１０２）することで、光源光が９５０ｎｍのときの画像データを取得する（Ｆ１０３）。また、同様の方法で、光源光が１０５０ｎｍのときの画像データを取得する（Ｆ１０４）。

光源光が９５０ｎｍのときの画像データは観察対象の形状、しわ、血管の像が含まれる。一方、光源光が１０５０ｎｍのときヘモグロビンでの光吸収が少ないため、画像データは観察対象の形状、しわの像が含まれる。

そして、処理部３３０は、９５０ｎｍの画像データと１０５０ｎｍのときの画像データの差分を演算し、９５０ｎｍ−１０５０ｎｍの画像データとして血管の画像データを取得する（Ｆ１０５）。そして、血管の画像データに着色、コントラストの変更等の処理を施し、再度、９５０ｎｍの画像データ又は１０５０ｎｍの画像データと合成することで、観察対象の形状、しわの像に強調された血管の像を重ね合せることができる（Ｆ１０６）。

このように、本発明の光学的生体イメージングシステムを用いることで、生体内部の所定の部位を強調したり、逆に目立たなくしたりした映像を、表示部３２０に表示することが可能である。また、処理部３３０の処理能力によるが、これらの映像をリアルタイム又は略リアルタイムで表示部３２０に表示することができるため、光学的生体イメージングシステムを診断だけでなく、手術や処置等の治療にも利用することが可能である。

本発明にかかる光学的生体イメージングシステムでは、生体内部（血管、血流、リンパ管等）の像を詳細かつ正確に表示することが可能であるため、医療に利用することが可能である。例えば、生体内の末梢血管のイメージングを行い、虚血部位の確認、血流量の確認等を行い、血管の減少や血流の減少を観察することで、強皮症、膠原病、リウマチ性疾患等の疾患の診断、治療等に利用することが可能である。そして、これらの診断、治療を行う際に、蛍光剤の注入（注射）や外科的な処置等の侵襲を伴う処置が不要であるため、被検者の負担を減らすことが可能である。また、観察対象に光を照射し、透過した光を撮影するといった簡単な操作であるため、光学的生体イメージングシステムを医療に用いることで医療現場における診断精度向上、スピードアップに寄与することが可能となる。

上述の各実施形態では、イメージセンサとしてＣＩＧＳイメージセンサを用いているが、従来のＳｉ−ＣＭＯＳを用いても、同様の生体イメージングを行うことが可能である。しかしながら、以下の理由から、Ｓｉ−ＣＭＯＳに比べて、ＣＩＧＳイメージセンサを用いる方がより多くのメリットがある。

本発明者らは、近赤外光とＣＩＧＳイメージセンサを組み合わせて用いることにより、ＩＣＧ蛍光材（循環器検査や肝機能検査に用いられる緑色色素）や造影剤を使わずに血管をイメージングすることが可能であるという知見を得た。これは、既存のＳｉ−ＣＭＯＳと比べて、ＣＩＧＳイメージセンサは、近赤外領域での量子効率が高いので、血管をより強調することができるからである。

また、ＣＩＧＳイメージセンサは、広い波長帯域で量子効率が高いので、複数の波長帯域を任意に切り替えながら撮像を行うことにより、水分やヘモグロビンなどで吸収係数が異なる特徴を生かして、生体の特徴部位を抽出したり強調したりすることが可能である。

また、ＣＩＧＳイメージセンサを用いれば、可視光での観察、ＩＣＧ蛍光での観察、及び、近赤外光での観察をいずれも行うことができるので、任意の波長帯域を選択することにより、Ｓｉ−ＣＭＯＳでは得られなかった生体像を得ることが可能となる。

上述のように、近赤外光の波長領域を切り替ながら複数の撮像データを取得し、これらを演算して画像合成ないし特徴抽出（エッジ強調など）を行うことにより、ＩＣＧ蛍光材を使用せずに、血管や血流の観察を行うことが可能となる。

また、医療現場（特に外科手術）では、蛍光の変化を定量的に観察して評価したい、或いは、手術後に動脈が閉塞した虚血部位を確認したい、というニーズがある。既存のＳｉーＣＭＯＳでは、ＩＣＧ蛍光での観察を行うことはできるものの、定量的に蛍光観察を行うことで血流量を評価することは決して容易でない。一方、ＣＩＧＳイメージセンサを利用すれば、上記のニーズをも満足することができるようになるので、医療現場の診断精度向上、スピードアップ、ないしは、患者の負担軽減に寄与することが可能となる。

上述の各実施形態では、光電変換部にＣＩＧＳを用いたＣＩＧＳイメージセンサを採用しているが、これに限定されるものではなく、例えば、ＣＩＳ、ＣＺＴＳ、ＩｎＧａＡｓ等の化合物半導体を用いても同様の効果を得ることが可能である。また、これら以外にも、上述と同様の効果を得ることができる物質を光電変換部に採用してもよい。

なお、本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。

Ａ、Ｂ 光学的生体イメージングシステム
１００ カメラユニット
１１０ 筐体
１２０ カメラモジュール
１２１ ＣＩＧＳイメージセンサ
１２２ カメラ制御部
１２３ 外部接続インターフェース
１２４ 発振器
１２５ 温度調整部
１３０ カメラモジュール
２００ 光源ユニット
２１０ 近接検知部
２１１ 近接センサ
２１２ 近赤外光カットフィルタ
２２０ 光照射部
２２１ ＬＥＤモジュール（光源部）
２２２ 光学部材
２３０ 光源制御部
２４０ 電源回路
２５０ インターフェース
３００ 制御ユニット（パソコン）
３１０ 操作部
３２０ 表示部
３３０ 処理部
３４０ 接続インターフェース
３５０ 記憶部
４００ 支持ユニット
４１０ 載置台
４１１ 開口
４２０ 支柱
４３０ カメラ保持部
５００ 光源ユニット
５１０ ＬＥＤモジュール（光源部）

Claims (14)

1. 二次元配列されているとともに観察対象の近接を検知する複数個の近接検知部と、
   隣合う前記近接検知部の間に配置されているとともに前記観察対象に光源光を照射する複数個の光照射部と、
   前記光照射部から照射される光源光を出射する光源部と、
   前記観察対象を透過した光を撮影する撮影部とを備え、
   前記観察対象の近接を検知した２以上の近接検知部の間に挟まれて配置されている光照射部から光源光を照射する光学的生体イメージングシステム。
2. 前記撮影部が光電変換部を備えている請求項１に記載の光学的生体イメージングシステム。
3. 前記光電変換部がＣＩＧＳを含む請求項２に記載の光学的生体イメージングシステム。
4. 前記近接検知部と前記光照射部とが交互に配列されている請求項１から請求項３のいずれかに記載の光学的生体イメージングシステム。
5. 前記光照射部にはそれぞれ前記光源部が備えられている請求項１から請求項４のいずれかに記載の光学的生体イメージングシステム。
6. 前記光照射部は、前記光源光を遮断することが可能な光遮断部を備えている請求項１から請求項５のいずれかに記載の光学的生体イメージングシステム。
7. 観察対象に対し指向性を有する光源光を照射する光源部と、
   前記観察対象に入射した光のうち外部に出射した光を撮影する撮影部とを備え、
   前記光源光の光軸が前記撮影部の外側を通るように、前記光源部が配置されている光学的生体イメージングシステム。
8. 前記撮影部が光電変換部を備えている請求項７に記載の光学的生体イメージングシステム。
9. 前記光電変換部がＣＩＧＳを含む請求項８に記載の光学的生体イメージングシステム。
10. 前記光源部が複数個備えられており、
    前記複数個の光源部は、前記光軸の前記撮影部に対する傾斜方向が同じになるように配置されている請求項７から請求項９のいずれかに記載の光学的生体イメージングシステム。
11. 前記光源部が複数個備えられており、
    前記複数個の光源部の少なくとも一つは、前記光軸の前記撮影部に対する傾斜方向が他と異なる方向となるように配置されている請求項７から請求項９のいずれかに記載の光学的生体イメージングシステム。
12. 前記光源部の傾斜角度を変更する角度変更部を備えている請求項７から請求項１１のいずれかに記載の光学的生体イメージングシステム。
13. 前記光源部は、前記観察対象に照射する光源光の波長域として、近赤外光領域の候補を含む複数の候補から選択する請求項１から請求項１２のいずれかに記載の光学的生体イメージングシステム。
14. 前記波長域の複数の候補は、近赤外領域に少なくとも２以上の波長域の候補を含む請求項１３に記載の光学的生体イメージングシステム。