JP2018029954A - 感光性の対象物、例えば生物組織の医療用撮像装置および撮像方法 - Google Patents

Abstract

【課題】対象物が高感度であるため、照明できない可視光範囲のスペクトル帯内の対象物を表示可能にする装置および方法を提供する。
【解決手段】対象物のスペクトル特徴３６は、入力画像内でスペクトル帯１６の入力セット１５によって表される。装置は、可視光範囲内のスペクトル特徴６０がスペクトル帯３０の出力セット２９によって表される出力画像２２を生成する。入力セット１５内の少なくとも１つの入力のみのスペクトル帯３８を、出力セット２９内の少なくとも１つの出力のみのスペクトル帯により置換することによって、対象物２が、低感度であるスペクトル帯１６内で、例えば非可視光範囲内で、入力画像１０をキャプチャすることができ、対象物が照明のために高感度すぎるスペクトル帯３０内で対象物２を表示することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、スペクトル特徴を有する感光性の対象物の医療用撮像装置および撮像方法に関するものであり、感光性の対象物は、例えば生物組織であり、特に生体の感光性組織であり、例えば眼の組織である。医療用撮像装置および方法は、それぞれ、特に眼科の装置および方法である。

対象物、例えば生体組織の観察および撮像は、対象物が感光性の場合複雑である。感光性は、組織が照明される場合、組織を反応させうる。この反応は、診断のために観察が必要な組織の特徴を隠しうる。いくつかの場合には、照明は、組織に損傷を与えることさえありうる。

眼科において、眼内の感光性組織の感度は、光に対する眼の反射反応により、患者にとっての不快感、損傷の危険の増加および追加の問題に結果としてなる。

これらの問題を回避するために、低光量条件で許容可能な画質を生成するカラーカメラが用いられる。しかしながら、この種のカメラは、高価かつ大型であり、高価で大型で高品質の光学素子を必要とする。できるだけ多くの入射光をキャプチャするのに必要な光学素子の大口径により、視野の深度（被写界深度）が限定される。

本発明は、感光性の生体組織を検査する際のこれらの課題を解決する医療用撮像装置および方法を提供することを目的とする。

最初に言及される医療用撮像装置について、この目的は、本発明の医療用撮像装置によって達成され、医療用撮像装置は、入力画像をキャプチャするためのカメラであって、対象物のスペクトル特徴は、入力画像内でスペクトル帯の入力セットによって表されるカメラと、出力画像を例えば周辺装置に送信するための出力インターフェースと、を備え、出力画像内で、可視光範囲内のスペクトル特徴は、スペクトル帯の出力セットによって表され、入力セット内の少なくとも１つの入力のみのスペクトル帯は、出力セット内の少なくとも１つの出力のみのスペクトル帯により置換され、医療用撮像装置は、スペクトル帯の入力セットを出力セットにマッピングするために、較正データが格納される記憶部材と、入力セットおよび較正データに応じて、少なくとも１つの出力のみのスペクトル帯内の強度を決定するための画像プロセッサと、をさらに備える。

本発明による医療用撮像方法は、スペクトル帯の入力セット内の入力画像を獲得するステップと、スペクトル帯の出力セットからなる出力画像を送信するステップであって、出力セットは、出力セットのスペクトル帯内のスペクトル特徴を表すステップと、入力セット内の少なくとも１つの入力のみのスペクトル帯を、出力セット内の少なくとも１つの出力のみのスペクトル帯により置換することによって、かつ、以前に格納された較正データを用いて、少なくとも１つの出力のみのスペクトル帯内の強度をスペクトル特徴に適応させることによって、入力画像を出力画像に変換するステップと、を含む。

本発明は、スペクトル帯の入力セット内に含まれる情報を用いて、対象物のスペクトル特徴を決定し、入力セットと異なるスペクトル帯の出力セットを用いて、出力画像内のスペクトル特徴を表現する。これにより、対象物、特に感光性組織が感度を有さないスペクトル帯内、例えばＩＲまたはＮＩＲ範囲内の画像を記録することができる。較正データを用いて、対象物の「真の」スペクトル特徴は、スペクトル範囲内、例えば可視光範囲内の出力セットのスペクトル帯を用いて表現され、可視光範囲は、入力画像がキャプチャされるスペクトル範囲と異なる。

出力画像がディスプレイ上に表示される場合、観察者は、あたかもスペクトル帯の出力セット内の組織を観察するかのように、全く同じ色を見るであろう。それゆえ、撮像は、例えば、人の眼に見えないことによって組織にとって危険ではないスペクトル範囲内で行われ、一方、表示は、可視光範囲内で行われるので、観察者は、その自然の色によって組織を適切に識別することができる。

本発明による方法および装置は、患者にとっての不快感を低減し、組織が損傷する危険を著しく減少するという利点を有する。本発明の方法および装置により、かなり長時間の検査が可能になるため、診断および治療における誤りを防止するのに役立つ。

装置および方法は、医療用途以外で用いられてもよい。例えば、軍事用途では、制限された数のスペクトル帯のみを十分な強度で有する環境照明内で対象物を観察可能であってもよい。本発明を用いることにより、対象物をその自然色で表示することができる。

本発明による方法および装置は、それぞれの技術的効果に関して互いに独立し、任意に組み合わせることができる以下の特徴によってさらに改善可能である。

例えば、入力セットの少なくとも２つのスペクトル帯（以下では、入力スペクトル帯と称される）が長い方の非可視波長、特にＩＲ光範囲にあることが好ましい。特に眼科では、組織は、長い方の非可視波長において、短い方の非可視波長、すなわちＵＶと比較して、感度が著しく低い。しかしながら、短い方の波長である青色スペクトル帯および／またはＵＶスペクトル帯もまた、短い方の波長光の浸透性が低いことから、特に、表面の組織層の研究のために使用可能である。

フリッカー融合率より高いフレームレートでキャプチャおよび／または表示される入力画像および出力画像は、入力画像および出力画像の時系列の一部でもよく、その結果、観察中の組織の任意の変化は、出力画像内で滑らかに表現可能である。

入力画像は、入力画素を含んでもよい。出力画像は、出力画素を含んでもよい。入力画像は、カラー画像でもよい。出力画像は、カラー画像でもよい。

一態様によれば、各入力画素は、カメラの視野内の位置を表す。好ましくは、出力画像および入力画像は、適合し、同じ方位を有する。出力画像および入力画像は、同一の解像度、画素量、サイズおよび／またはアスペクト比を有してもよい。好ましくは、入力画像内の入力画素および出力画像内の出力画素は、それぞれ、同一または少なくとも重複する視野内の位置、または、観察された組織の同一の領域を表す。

入力セットから出力セットへの変換は、好ましくは、画素ベースで実行される。すなわち、入力画像内の画素ごとに、出力のみのスペクトル帯内の対応する強度は、入力スペクトル帯内の強度および較正データに応じて計算される。

本発明の別の有利な実施形態によれば、医療用撮像装置は、対象物を、スペクトル帯の照明セットからなる光で照明するための照明システムを備えてもよい。照明スペクトル帯は、少なくとも部分的に非可視光範囲内、特に少なくとも入力スペクトル帯内の帯域でもよい。出力のみのスペクトル帯は、好ましくは、減衰される、または、照明セット内に存在しない。入力スペクトル帯内の組織の照明は、特別な低光量（高感度）の光学素子またはカメラを必要とすることなく、被写界深度および空間分解能に関して入力画像の高品質を確保する。入力スペクトル帯では、組織を損傷する、または、患者を不快にさせる危険がない。さらに、眼科の検査において、眼は、虹彩を収縮することによって、非可視光範囲内の照明に反応しないので、より簡単な視診が可能になる。

医学以外の他の用途において、この種の照明は、照明光源の検出を禁止してもよい。

好ましくは、照明は、非可視光範囲に制限される。例えば、組織の照明を非可視光範囲に制限する照明フィルタが提供されてもよい。

照明は、入力スペクトル帯内においてのみ必要であるので、照明が入力スペクトル帯に制限されれば十分である。それゆえ、照明フィルタは、入力スペクトル帯内で透過する帯域通過フィルタおよび／または帯域消去フィルタシステムを備えることができる。

本発明の別の態様では、照明は、好ましくは、マルチスペクトルカメラの入力スペクトル帯に整合する別々の照明スペクトル帯を備える。入力スペクトル帯および照明スペクトル帯は、少なくとも５５０ｎｍの波長を有する光によって構成されてもよい。特に、照明システムは、ＩＲおよび／またはＮＩＲ光源を備えてもよい。

一実施形態では、眼の炎症または対象物に対する任意の他のタイプの干渉を回避するために、入力のみのスペクトル帯の全部ではなくとも大部分は、可視光範囲外に、特にＩＲまたはＮＩＲ範囲に位置し、一方、出力のみのスペクトル帯の全部ではなくとも大部分は、可視光範囲内に位置する。入力スペクトル帯および／または出力スペクトル帯は、別々でもよい、および／または、相当な重複を有してもよい。入力セット内のスペクトル帯の全部ではなくとも大部分は、非可視光範囲内に位置し、低感度なスペクトル帯内の対象物のスペクトル特徴についてできるだけ多くの情報を収集してもよい。対象物の色の最適表現のために、出力セット内のスペクトル帯の全部ではなくとも大部分は、可視光範囲内にあってもよい。

カメラは、イメージングスペクトロスコープ、特にマルチスペクトルカメラまたはハイパースペクトルカメラでもよい。より多くのスペクトル帯が用いられると、入力スペクトル特徴のスペクトル分解能は、より良くなり、対象物のスペクトル特徴の出力セットに対する割り当ては、より正確になる。いくつかの用途のために、例えば、ＲＧＢ色空間で動作する標準カラーカメラが十分になりうる。

一実施形態では、出力セットは、３つの好ましくは別々のスペクトル帯のみを備えてもよく、特に３色の色空間、例えばＲＧＢによって構成されてもよい。この種のカラーシステムは、出力画素が組織の本当の色を人間の観察者に対して忠実に表現するのに十分である。

本発明の別の態様では、画像プロセッサは、入力セットをＲＧＢ空間に変換するように構成されてもよい。ここで、出力セットは、Ｒ、ＧおよびＢのスペクトル帯を備える。理論的には、これは不良設定問題であり、解決できない。なぜなら、入力セット単独内のスペクトル特徴は、十分な情報を含まないため、入力セットの外側のスペクトル帯内の組織の発色を決定できないからである。しかしながら、生物組織の光学特性、例えば反射特性の事前知識は、この変換を計算するのに必要な追加の情報を提供することができる。この情報は、較正データ内に含まれる。

画像プロセッサは、スペクトルフィッティングによって入力スペクトル特徴に応じて入力画素によって表される組織を分類するように構成されてもよい。画像プロセッサは、スペクトルフィッティングを入力スペクトル特徴に実行し、スペクトルフィッティングから組織基準値を計算するためのスペクトル解析モジュールを備えてもよく、画像プロセッサは、組織基準値に依存して、出力スペクトル特徴を決定するように構成される。このように、スペクトル解析モジュールは、入力画素によって表される組織の分類を実行してもよい。分類は、組織基準値を個々の入力スペクトル特徴に割り当てることによって行われうる。次に、この数値は、特別な種類の組織にとって、例えば生物色素の特定の濃度を有する組織にとって特徴的である。組織基準値に依存して、出力スペクトル特徴を決定することによって、可視光範囲内の組織の外観は、非可視光範囲内の特定の入力スペクトル特徴を有する組織に整合することができる。組織基準値は、可視光範囲内の組織の色を表す。

較正データは、スペクトルライブラリを備えてもよい。スペクトルライブラリは、組織基準値を用いてインデックスを付けられてもよい。多数の出力スペクトル特徴の各々は、独自のそれぞれの組織基準値に割り当てられてもよい。

較正データは、入力セットを出力セットにマッピングする伝達関数のパラメータを備えてもよい。この種の伝達関数は、経験的または分析的に、例えば光と組織との相互作用モデルに基づいて決定されてもよい。

較正データは、モデル入力および出力セットを用いて訓練された機械試験システム、例えばニューラルネットワークのパラメータを備えてもよい。

組織基準値は、単一ビットからビットフィールドまでのいずれかにすることもでき、特定の例において、単一の数値または数値の配列とすることもできる。組織基準値は、１つまたは複数の量、例えば指数フーリエ級数の指数またはＲＧＢ値を表してもよい。組織基準値は、さらに、入力スペクトル特徴に関与する、および／または、入力スペクトル特徴に結果としてなる生物色素の濃度を示す数値の配列でもよい。この種の配列を用いて、可視光画像内の出力スペクトル特徴を、スペクトルライブラリ内のモデル出力スペクトル特徴から解釈することができ、各出力スペクトル特徴は、可視光範囲内の組成の生物色素の色を表す。

組織内の生物色素の濃度が入力画素の入力スペクトル特徴から、例えば上述のスペクトルフィッティングによって自動的に決定される場合、出力スペクトル特徴は、濃度に応じて、モデル出力スペクトル特徴から構成されてもよい。濃度が決定される生物色素、および／または、モデル出力スペクトルがスペクトルライブラリ内に格納される生物色素は、酸化ヘモグロビンおよびデオキシヘモグロビンの少なくとも１つと、少なくとも１つのメラニン、例えばユーメラニンと、を備える。好ましくは、入力スペクトル帯の数は、スペクトルライブラリ内で表される生物色素の数以上である。

複数のモデル出力スペクトル特徴からの出力スペクトル特徴のこの種の構成の代わりに、出力スペクトル特徴は、異なって構成されたスペクトルライブラリ内で直接調べられることもできる。

別の実施形態では、スペクトルフィッティングを実行するために、記憶部材は、例えば、上述したように、入力画素の入力スペクトル特徴のスペクトルフィッティングのために格納された、特定の生物色素のモデル入力スペクトル特徴の表現を備えてもよい。

画像プロセッサおよび画像プロセッサが備える任意のモジュールは、ハードウェアおよび／またはソフトウェアによって構成されてもよい。

本発明は、また、コンピュータに上述した実施形態の１つにおける医療用撮像方法を実行させるプログラムを格納する非一時的コンピュータ記憶媒体に関するものとすることができる。非一時的コンピュータ記憶媒体は、医療用撮像装置の一部でもよい。

以下、本発明による方法および装置は、添付の図面を参照してより詳細に説明され、図面には、例示的実施形態が示される。

図面において、同一の参照符号が、機能および／または構造において互いに対応する要素のために用いられる。

さまざまな態様および実施形態の説明に従って、図面に示される要素は、これらの要素の技術的効果が特定の用途のために必要ない場合、省略可能である。その逆に、図面に記載されないが、上述された要素は、その特定の要素の技術的効果が特定の用途において有利である場合、追加可能である。

本発明による医療用撮像装置の概略的な表現を示す。 生物色素のスペクトルの概略的な表現を示す。 本発明による医療用撮像方法の概略的な表現を示す。

図１には、最初に、医療用撮像装置１の一例が記載されている。

医療用撮像装置１は、対象物２の撮像のために用いられ、対象物２は、例えば生物組織３であり、特に組織の感光性領域であり、例えば眼４内にある。医療用撮像装置１は、特に眼科において、眼科の撮像デバイス６として用いられる。

医療用撮像装置１は、視野１２内に位置する組織３の入力画像１０をキャプチャするためのカメラ８を備える。カメラ８は、カラーカメラでもよく、例えばＲＧＢカメラまたはイメージングスペクトロスコープでもよく、例えばマルチスペクトルまたはハイパースペクトルカメラでもよい。

各入力画像１０は、入力画素１４を備える。各画素１４は、視野の領域を表す。各入力画像１０および各入力画素１４は、それぞれ、少なくともスペクトル帯１６の入力セット１５を含む。

カメラ８は、非可視光範囲１８内の少なくとも２つの別々の入力スペクトル帯１６において高感度である。非可視光は、人間の眼に見えない電磁スペクトルの部分からなる。それゆえ、非可視光範囲１８のスペクトル帯は、約３９０ｎｍ未満または約７００ｎｍ超の波長に対応する。少なくとも２つのスペクトル帯が赤外または近赤外に位置し、それゆえ、７００ｎｍ超から約１ｍｍまでの波長を備えることが好ましい。

医療用撮像装置１は、好ましくは、出力画像２２を周辺装置２４、例えばディスプレイに好ましくはデジタル的に送信するためのデジタル出力インターフェース２０をさらに備える。ディスプレイ２４は、約３９０ｎｍから約７００ｎｍまでの波長を有する可視光範囲内の出力画像２２を表示する。

出力画像２２は、カラー画像であり、出力画素２６を備える。出力画像２２は、標準化された色空間フォーマットを有し、例えばＲＧＢ画像でもよい。

入力画像１０および出力画像２２は、好ましくは適合し、調整される。入力画素１４および出力画素２６は、好ましくは適合する。それゆえ、出力画像２２内の出力画素２６の位置は、視野１２内のそれぞれの入力画素１４の位置２８に対応する。各入力画素１４は、対応位置２８の、それゆえ組織３のスペクトル情報を含む。

特に、各出力画像２２または出力画像２２内の各出力画素２６は、以下では、出力スペクトル帯と称されるスペクトル帯３０の出力セット２９から構成されてもよい。入力セット１５および出力セット２９は、少なくとも１つのスペクトル帯において異なり、少なくとも１つのスペクトル帯は、好ましくは、可視光範囲内に位置する。

好ましくは、出力画像２２の空間分解能は、入力画像１０の空間分解能に対応するか、または、低い。それゆえ、入力画素１４および出力画素２６によって表される対象物２の部分のサイズおよび位置は、入力画像１０および出力画像２２内の各々に整合する。あるいは、出力画像２２は、入力画素１４より少ない出力画素を含んでもよいし、または、より多い出力画素を含んでもよい。前者の場合、複数の入力画素１４が結合され、１つの出力画素２６を形成してもよい。後者の場合、入力画素１４がコピーされ、複数の出力画素２６を形成してもよい。

医療用撮像装置１は、入力画素１４から出力画素２６を生成するとともに、入力画素１４の入力スペクトル特徴３２を出力画素２６の出力スペクトル特徴３４により置換するための画像プロセッサ３１をさらに備えてもよく、入力スペクトル特徴３２は、入力セット１５によって表され、出力スペクトル特徴３４は、出力セット２９によって表される。置換された出力スペクトル特徴３４を含む出力画素２６は、出力画像２２内のその位置およびサイズに関して、入力画像１０内の入力画素１４の位置および寸法に対応する。入力スペクトル特徴３２は、各位置２８のスペクトルにわたる反射率の変化により、入力スペクトル帯１６内の強度分布に対応する。

出力セット２９のスペクトル帯３０によって表される出力画素２６の出力スペクトル特徴３４は、好ましくは、視野１２内の入力画素１４の位置２８で、少なくとも、組織３の可視光範囲３７内のスペクトル特徴３６の近似値に対応する。それゆえ、出力画像２２は、視野１２内の組織３の可視色の計算された表現を含み、それゆえ、仮に入力画像１０が可視光範囲３７内でキャプチャされれば観察者によって見られるであろうものを表現する。出力画像２２の各画素において、入力セット１５は、出力セット２９により少なくとも部分的に置換される。

特に、入力セット１５は、出力セット２９内に含まれない少なくとも１つの入力のみのスペクトル帯３８を含む。好ましくは、入力のみのスペクトル帯は、非可視光範囲１８内に位置する。出力セット２９内には、好ましくは可視光範囲３７内に含まれ、入力セット１５内に含まれない少なくとも１つの出力のみのスペクトル帯３９が含まれる。少なくとも１つの入力のみのスペクトル帯３８を少なくとも１つの出力のみのスペクトル帯３９により置換することは、画像プロセッサ３１によって行われる。画像プロセッサ３１は、ハードウェアおよびソフトウェアの任意の組み合せにおいて、または、ハードウェアまたはソフトウェア単独において実現可能である。

医療用撮像装置１は、組織３を非可視光範囲１８内で照明するための照明システム４０をさらに備えてもよい。照明システム４０は、少なくとも入力スペクトル帯１６を含む光４２を生成するように構成される。光４２は、出力スペクトル帯３０を少なくとも備える照明スペクトル帯４６の照明セット４４から構成されてもよい。一実施形態では、照明セット４４は、入力セット１５に対応してもよい。

照明４０は、フィルタシステム４８を備えてもよく、フィルタシステム４８は、可視光範囲内の光４２を遮断してもよい、および／または、光４２を入力スペクトル帯１６に制限してもよい。特に、照明システム４０は、１つまたは複数のＩＲおよび／またはＮＩＲ光源を含んでもよい。

画像プロセッサ３１は、好ましくは、スペクトル解析モジュール５０を備え、スペクトル解析モジュール５０は、スペクトルフィッティングを入力スペクトル特徴３２に対して実行し、スペクトルフィッティングから組織基準値５２を計算するように構成される。画像プロセッサ３１は、組織基準値５２に依存して、出力スペクトル特徴３４、すなわち少なくとも１つの出力のみのスペクトル帯３９内の強度を検索または計算するように構成されてもよい。組織基準値は、可視光範囲内の組織３の色を表す。特に、組織基準値５２は、入力画素１４にマッピングされる組織３の位置２８内の特定の生物色素または発色団の内容および／または濃度を表してもよい。組織基準値は、ビットまたはビットフィールドとすることができる数値である。組織基準値は、１つまたは複数の量、例えば、重み付け係数、指数関数またはフーリエ級数の指数、または、ＲＧＢ値を含むことができる。

医療用撮像装置１の記憶部材５４は、較正データ５６を含んでもよく、較正データ５６を用いて、入力セット１５を出力セット２９にマッピングし、それゆえ、対象物２の実際のスペクトル特徴３６を出力画像２２内で表現する。較正データ５６は、入力セット１５から出力セット２９を計算することを可能にする伝達関数のパラメータを表してもよい。較正データは、入力セット１５および整合する出力セット２９を用いて較正目的のために訓練された教示機能またはニューラルネットワークのパラメータを表してもよい。較正データ５６は、少なくとも１つのスペクトルライブラリ５６の形のさまざまなスペクトル特徴の表現でもよい。表現は、入力セット１５および出力セット２９によって定義される色空間のそれぞれのスペクトル帯内の強度に対応する数値の形でもよい。

一実施形態では、記憶部材５４は、さまざまな生物色素のモデル入力スペクトル特徴５８の表現をスペクトルライブラリ５６に格納してもよい。モデル入力スペクトル特徴５８は、入力スペクトル帯１６に制限されてもよい。モデル入力スペクトル特徴５８は、入力セット１５によって表される入力画素１４の入力スペクトル特徴３２のスペクトルフィッティングのために用いられてもよい。スペクトルフィッティングにおいて、アルゴリズムは、モデル入力スペクトル特徴５８のセットを自動的に選択してもよく、モデル入力スペクトル特徴５８は、結合して、入力画素１４の所定の入力スペクトル特徴３２の最も近い近似値に結果としてなる。これは、入力画像１０のすべての入力画素のために行われてもよい。所定の入力スペクトル特徴内のモデル入力スペクトル特徴５８の特定の線形または非線形の結合は、どんなタイプの生物色素がそれぞれの入力画素１４によって表される位置２８内に存在するかを示す。入力スペクトル特徴３２に近似するのに必要なモデルスペクトル特徴５８の結合内の特定のモデル入力スペクトル特徴５８の重みは、位置２８内のそれぞれの生物色素の濃度の表示である。

代替的または追加的に、スペクトルライブラリ５６は、モデル出力スペクトル特徴６０を備えてもよい。モデル出力スペクトル特徴は、少なくとも１つの出力のみのスペクトル帯３９に制限されてもよい。各入力スペクトル特徴３２のために、整合する出力スペクトル特徴６０は、例えば組織基準値５２を用いて検索される。モデル出力スペクトル特徴６０から、少なくとも１つの出力のみのスペクトル帯３９内の強度は、決定され、モデル出力スペクトル特徴６０は、整合するモデル入力特徴５８に対応する。

別の実施形態では、スペクトルライブラリ５６内に格納されるモデル出力スペクトル特徴６０は、異なる生物色素の出力スペクトル特徴６０に対応する。この種の実施形態では、出力画素２６の出力スペクトル特徴３４は、画像プロセッサ３１によって、入力スペクトル特徴３２に寄与すると判明した生物色素の個々のモデル出力スペクトル特徴６０から構成される。後者の実施形態は、以下、より詳細に説明される。

出力画素２６の出力スペクトル特徴３４は、複数のモデル出力スペクトル特徴６０の結合から構成されてもよい。モデル入力スペクトル特徴５８およびモデル出力スペクトル特徴６０は、両方とも特定の生物色素に割り当てられてもよい。モデル出力スペクトル特徴６０は、可視光範囲３７内、特に出力画像２２の色空間内の生物色素のスペクトル特徴３６を表す。モデル入力スペクトル特徴３２は、非可視光範囲１８内、特に入力スペクトル帯１６内の生物色素のスペクトル表現に対応する。

出力画像２２内の出力スペクトル特徴３４は、複数のモデル出力スペクトル特徴６０の結合を含んでもよく、複数のモデル出力スペクトル特徴６０は、出力画素２６の出力スペクトル特徴３４を一緒に形成する。出力スペクトル特徴３４内の個々のモデル出力スペクトル特徴６０の重みは、入力スペクトル特徴３２内の対応するモデル入力スペクトル特徴５８の重みである。スペクトルフィッティングの間に計算される、入力画素１４の位置２８での組織３の材料組成は、可視光範囲内の出力スペクトル特徴３４を、構成する生物色素の個々のモデル出力スペクトル特徴６０から構成するために用いられる。

医療用撮像装置１は、照明システム４０の光４２の光路６４内およびマルチスペクトルカメラ８の光路６６内に位置する光学システム６２をさらに備えてもよい。それゆえ、光路６４、６６は、整列配置され、照明強度が一定の閾値超の照明器によって決定される照明領域は、視野１２に整合する。

ビームスプリッタ構成７０を用いて、光路６４、６６を分離してもよい。

ビューア７２、例えば、接眼レンズまたは双眼鏡もまた提供され、光学システム６２による視野１２の直接視診を可能にしてもよい。ビューア７２は、ビームスプリッタ構成７０によって光路６４、６６から分離された自身の光路７４を有してもよい。ディスプレイ２４または追加のディスプレイは、ビューア７２とビームスプリッタ構成７０との間の光路７４内に配置されてもよい。

医療用撮像装置１およびそのプロセスは、入力画像１０および出力画像２２が三次元の場合にもまた適用する。

図２において、非可視光範囲１８内のモデル入力スペクトル特徴５８および可視光範囲３７内のモデル出力スペクトル特徴６０は、異なる生物色素のために示される。

図２において、ライン７５は、デオキシヘモグロビンのモデル入出力スペクトル特徴５８、６０を示し、ライン７６は、酸化ヘモグロビンのモデル入出力スペクトル特徴を示し、ライン７７は、ユーメラニンのモデル入出力スペクトル特徴を示し、ライン７８は、８０％の酸素飽和を有する血液のモデル入出力スペクトル特徴を示し、ライン７９は、脂肪組織のモデル入出力スペクトル特徴を示す。モデル入出力スペクトル特徴７５〜７９は、それぞれ、可視光範囲３７内および非可視光範囲１８内にある。

モデル出力特徴は、較正データ５６、例えばスペクトルライブラリを用いて導出可能であり、特に計算可能である。較正データの他の形は、入力スペクトル特徴を出力スペクトル特徴にマッピングする伝達関数、または、装置１の使用の前に較正される、ニューラルネットワークのような自己学習計算構造のパラメータである。

図２において、モデル入出力スペクトル特徴は、示された生物色素のためのサンプルスペクトルライブラリ５６を形成する。可視光範囲３７内のモデル出力スペクトル特徴６０が、非可視光範囲１８内のモデル入力スペクトル特徴５８の単なる連続（延長）または完了であることが分かる。

モデル入出力スペクトル特徴７５〜７９は、任意のスケールでの概略図である。入力スペクトル帯１６内の所定の入力画素の入力スペクトル特徴３２は、ライン８０として例示的に示される。スペクトルフィッティングにおいて、モデル入力スペクトル特徴５８の加重和が計算され、例えば、入力スペクトル帯１６にわたる最小二乗誤差を最小化することによって、サンプル入力スペクトル特徴８０に最も近似する。次に、個々のモデル入力スペクトル特徴５８の重みを用いて、出力スペクトル帯３０内のサンプル出力スペクトル特徴８２を計算する。個々のモデルスペクトル特徴５４の重みは、モデル出力スペクトル特徴６０に対してと同様に、単に適用される。

図２からさらに分かるように、モデル入力スペクトル特徴５８は、入力スペクトル帯１６の入力セット１５から決定可能である。モデル入力スペクトル特徴が識別されると（または、対象物または組織が分類されると）、少なくとも１つの出力のみのスペクトル帯３９内の強度は、対応するモデル出力特徴６０（または分類）から導出可能である。次に、出力セット２９のスペクトル帯３０内の強度は、対象物２の色に対応する。

図２から分かるように、少なくとも１つのスペクトル帯は、入力セット１５および出力セット２９によって共有されてもよい。

図３を参照して、医療用撮像方法が簡潔に記載される。

画像獲得９０において、マルチスペクトルデータＮＩＲ_１からＮＩＲ_ｎは、ｎ入力スペクトル帯１６の各々内の入力画像１０内の入力画素１４ごとに、カメラ８によって取得される。入力スペクトル帯１６の数ｎは、可視光範囲内の組織３の色に関与する生物色素の数ｍに少なくとも対応する。

スペクトルフィッティング９２によって、マルチスペクトルデータＮＩＲ_１からＮＩＲ_ｎに最も整合する、スペクトルライブラリ５６からのモデル入力スペクトル特徴の構成が計算される。スペクトルフィッティング９２から、位置２８での組織３内の生物色素ＢＰ_１からＢＰ_ｍの濃度が決定される。

出力画像生成９６において、出力スペクトル特徴３４は、視野１２内の位置２８に関して、入力画素１４に対応する出力画素２６ごとに計算される（図１）。各出力画素２６の出力スペクトル特徴３４は、スペクトルフィッティング９２によって位置２８に存在すると決定される生物色素ＢＰ_１からＢＰ_ｍの個々のモデル出力スペクトル特徴６０から構成される。出力スペクトル特徴３４内の個々の出力スペクトル特徴６０の重みは、入力スペクトル特徴３２内のモデル入力スペクトル特徴５８の重みに対応する。モデル出力スペクトル特徴６０は、モデル入力スペクトル特徴５８と同様にスペクトルライブラリ内で調べられる。

最後に、ステップ９８において、出力画素２６を備える出力画像２２は、色空間フォーマット、例えばＲＧＢで出力される。

１ 医療用撮像装置
２ 対象物
３ 組織
４ 眼
６ 眼科の撮像デバイス
８ マルチスペクトルカメラ
１０ 入力画像
１２ 視野
１４ 入力画素
１５ スペクトル帯の入力セット
１６ 入力スペクトル帯
１８ 非可視光範囲
２０ 出力インターフェース
２２ 出力画像
２４ ディスプレイ
２６ 出力画素
２８ 視野内の入力画素位置
２９ スペクトル帯の出力セット
３０ 出力スペクトル帯
３１ 画像プロセッサ
３２ カメラによって記録される入力スペクトル特徴
３４ ディスプレイに出力される出力スペクトル特徴
３６ 対象物の実際のスペクトル特徴
３７ 可視光範囲
３８ 入力のみのスペクトル帯
３９ 出力のみのスペクトル帯
４０ 照明システム
４２ 照明システムによって生成される光
４４ スペクトル帯の照明セット
４６ 照明スペクトル帯
４８ フィルタシステム
５０ スペクトル解析モジュール
５２ 組織基準値
５４ 記憶部材
５６ 較正データ、例えばスペクトルライブラリ
５８ モデル入力スペクトル特徴
６０ モデル出力スペクトル特徴
６２ 光学システム
６４ 照明システムの光の光路
６６ カメラの光路
６８ 照明領域
７０ ビームスプリッタ構成
７２ ビューア
７４ ビューアの光路
７５〜７９ モデル入出力スペクトル特徴
８０ サンプル入力スペクトル特徴
８２ サンプル出力スペクトル特徴
９０ 画像獲得ステップ
９２ スペクトルフィッティング
９４ 組織組成の決定
９６ 出力画像生成
９８ 画像出力ステップ
ＮＩＲ_１、ＮＩＲ_ｎ ｎ個の入力スペクトル帯各々内のマルチスペクトルデータ
ＢＰ_１、ＢＰ_ｍ スペクトルフィッティングにより決定されるｍ個の生物色素各々の濃度

Claims (15)

1. 感光性の対象物（２）、例えば生物組織（３）の撮像のための医療用撮像装置（１）であって、前記対象物（２）は、スペクトル特徴（３６）を有し、前記医療用撮像装置（１）は、
   −入力画像（１０）をキャプチャするためのカメラ（８）であって、前記対象物（２）の前記スペクトル特徴（３６）は、前記入力画像（１０）内でスペクトル帯（１６）の入力セット（１５）によって表されるカメラ（８）と、
   −出力画像（２２）を送信するための出力インターフェース（２０）と、
   を備え、
   −前記出力画像（２２）内で、可視光範囲（３７）内の前記スペクトル特徴（６０）は、スペクトル帯（３０）の出力セット（２９）によって表され、
   −前記入力セット（１５）内の少なくとも１つの入力のみのスペクトル帯（３８）は、前記出力セット（２９）内の少なくとも１つの出力のみのスペクトル帯（３９）により置換され、
   前記医療用撮像装置（１）は、
   −前記入力セット（１５）を前記出力セット（２９）にマッピングするために、較正データ（５６）が格納される記憶部材（５４）と、
   −前記入力セット（１５）および前記較正データ（５６）に応じて、前記少なくとも１つの出力のみのスペクトル帯（３９）内の強度を決定するための画像プロセッサ（３１）と、
   をさらに備える、
   医療用撮像装置（１）。
2. 前記対象物（２）を、スペクトル帯（４６）の照明セット（４４）からなる光（４２）で照明するための照明システム（４０）をさらに備え、
   前記照明セット（４４）内で、前記少なくとも１つの出力のみのスペクトル帯（３９）は、残りのスペクトル帯（３０）と比較して減衰される、または、含まれない、
   請求項１に記載の医療用撮像装置（１）。
3. 前記少なくとも１つの入力のみのスペクトル帯（３８）は、非可視光範囲（１８）内に位置する、
   請求項１または２に記載の医療用撮像装置（１）。
4. 前記照明セット（４４）は、ＮＩＲ範囲内の少なくとも１つのスペクトル帯（４６）を含む、
   請求項１から３のいずれかに記載の医療用撮像装置（１）。
5. 前記入力セット（１５）内の前記スペクトル帯（１６）の大部分は、非可視光範囲（１８）内に位置し、
   前記出力セット（２９）内の前記スペクトル帯（１６）の大部分は、可視光範囲（３７）内に位置する、
   請求項１から４のいずれかに記載の医療用撮像装置（１）。
6. 前記記憶部材（５４）は、スペクトル特徴（３６）の表現を、少なくとも、前記入力セット（１５）の前記スペクトル帯（１６）内および前記出力セット（２９）の前記スペクトル帯（３０）内に備える、
   請求項１から５のいずれかに記載の医療用撮像装置（１）。
7. 前記記憶部材（５４）は、入力画像（１０）の前記入力セット（１５）のスペクトルフィッティング（９２）のための生物色素（ＢＰ_１からＢＰ_ｍ）の前記スペクトル特徴（３６）の表現を備える、
   請求項１から６のいずれかに記載の医療用撮像装置（１）。
8. 前記医療用撮像装置（１）は、スペクトルライブラリ（５６）を備え、
   前記スペクトルライブラリ（５６）は、モデル出力スペクトル特徴（６０）のセットを備え、
   前記出力セット（２９）は、前記スペクトルライブラリ（５６）内の前記モデル出力スペクトル特徴（６０）の少なくともサブセットの結合を含む、
   請求項１から７のいずれかに記載の医療用撮像装置（１）。
9. 前記入力セット（１５）および前記照明セット（４４）の少なくとも１つは、少なくとも５５０ｎｍの波長を有する光（４２）であって、ＮＩＲおよびＩＲの少なくとも１つを備える光（４２）を表す、
   請求項１から８のいずれかに記載の医療用撮像装置（１）。
10. 感光性の対象物（２）、特に眼（４）の生物組織（３）を撮像するための医療用撮像方法であって、前記対象物（２）は、スペクトル特徴（３６）を有し、前記方法は、
    −スペクトル帯（１６）の入力セット（１５）内の入力画像（１０）を獲得するステップと、
    −スペクトル帯（３０）の出力セット（２９）からなる出力画像（２２）を送信するステップであって、前記出力セット（２９）は、前記出力セット（２９）の前記スペクトル帯（３０）内の前記スペクトル特徴（３６）を表すステップと、
    −前記入力セット（１５）内の少なくとも１つの入力のみのスペクトル帯（３８）を、前記出力セット（２９）内の少なくとも１つの出力のみのスペクトル帯（３９）により置換することによって、かつ、以前に格納された較正データ（５６）を用いて、前記少なくとも１つの入力のみのスペクトル帯（３８）内の強度を前記スペクトル特徴（３６）に適応させることによって、前記入力画像（１０）を前記出力画像（２２）に変換するステップと、
    を含む医療用撮像方法。
11. 前記生物組織（３）内の生物色素（ＢＰ_１からＢＰ_ｍ）の局所濃度を、前記入力画像（１０）の少なくとも１つ内の入力画素（１４）の前記入力セット（１５）から決定するステップと、
    前記局所濃度に応じて、前記出力セット（２９）を出力画素（２６）に割り当てるステップと、
    をさらに含む、
    請求項１０に記載の医療用撮像方法。
12. 前記生物組織（３）は、非可視光範囲（１８）内で照明され、
    前記少なくとも１つの入力のみのスペクトル帯（３８）は、非可視光範囲（１８）内に位置し、
    前記少なくとも１つの出力のみのスペクトル帯（３９）は、可視光範囲（３７）内に位置する、
    請求項１０または１１に記載の医療用撮像方法。
13. 前記少なくとも１つの出力のみのスペクトル帯（３９）内の前記対象物（２）の照明は、前記少なくとも１つの入力のみのスペクトル帯（３８）内より弱い、
    請求項１０から１２のいずれかに記載の医療用撮像方法。
14. 前記出力セット（２９）を、格納されたモデル出力スペクトル特徴（６０）の表現から生成するステップをさらに含む、
    請求項１０から１３のいずれかに記載の医療用撮像方法。
15. コンピュータに請求項１０から１４のいずれかに記載の方法を実行させるプログラムを格納する非一時的コンピュータ記憶媒体。

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