JP3112025B2 - 生体計測装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は生体内における医学的情報を非侵襲的に計測
し画像として表示する医用画像装置にかかわるもので、
特に代謝循環等の生体機能の定量的な分布を画像として
提供するのに好適な装置に関する。

〔従来の技術〕

医用診断に利用される診断装置は、生体の外形及び臓
器の形状を計測し、表示する形態診断装置と、生体内に
おける循環代謝などの機能を計測する機能診断装置に分
類することができる。

両者のうち形態診断装置としてはMRI（Magnetic Reso
nance Imaging）装置やＸ線CT装置などの高精度の画像
診断機器が開発されたことにより、生体の“形態的な異
常”を非侵襲的にかつ正確に診断することが可能になっ
ている。しかし一般に生体臓器等の形態異常は代謝循環
等の生体機能の異常が原因となって生ずるもので形態的
異常の検出時点ではすでに代謝循環等の機能面での病状
が進行しており、治療が困難であったり、治療期間が長
引く場合が多い。

そこで形態的異常に先立つ生体の機能的変化を早期に
発見し的確な治療を行うことが現代の臨床医学における
大きな課題となっている。またそのための道具としての
‘早期診断の可能な生体機能診断装置’の開発が強く求
められている。

ところで機能診断の可能な機器としては血液や尿など
の検体検査装置がよく知られている。検体検査では生体
組織内の代謝物質の量や機能を直接化学物理的に計測し
ており、定量的機能診断が正確に行える。しかし血液，
尿などの検体検査では全身的な異常状態の計測は可能だ
が、形態診断のように異常部位を正確に確定することは
困難である。

このため医師はまず検体検査などの機能的診断で全身
的な異常を判定し、さらにＸ線診断装置などの形態的診
断装置で異常部位の確定を行う、そして両者の情報を総
合的に判断して病気の診断を行っているのが現状であ
る。しかし形態診断により得た画像情報と、検体検査な
どの機能的診断情報を組み合わせ異常部位やその状況を
正確に判断することは非常に難しく、さらにこのように
複数の検査を行うことによる、診断時間、患者への肉体
的、さらには経済的な負担の増大が問題となっている。

上記のような問題を解決できる医用診断装置として機
能を計測しさらにその空間分布を画像化し表示できる装
置、つまり生体機能画像化装置が考案され開発が行われ
ている。

例えば従来からある生体機能計測装置に位置検出能を
付加し、一台の診断装置で機能量の空間分布を得ようと
いう試みがなされている。このような例としては核磁気
共鳴スペクトル分析装置のイメージ装置化を挙げること
ができる。核磁気共鳴スペクトルの微細計測を用いてP
³¹の核磁気共鳴周波数の化学シフトを計測することによ
り、生体組織の代謝過程が計測できることは以前から知
られており、これを生体に適用し画像装置化する、MRS
イメージング装置の実用化が試みられている。

ところで核磁気共鳴スペクトル計測において計測する
信号は、非常に微弱な電磁波の吸収量の変位である。こ
のためこのような信号を利用して、さらに代謝量を空間
分布として画像化するには非常に長い計測時間が必要で
未だに実用的な装置は完成されていない。

この例のように生体機能変化の計測可能な装置は生体
の質的な情報を捉える必要があるため、物理的には非常
に微弱な信号の変化を計測する必要がある。更にこのよ
うな微弱な計測信号から生体の機能を示す物理量を空間
分布として表す、つまり画像化するのはさらに困難で、
最終的にこのような装置によって得られる画像は従来の
Ｘ線CT装置やMRI装置の画像に比べ空間特性の点で非常
に劣ることが予想される。

このような生体機能画像化装置として現在研究が進め
られているものとしては核磁気共鳴装置のほかには、生
体磁気分布計測装置、生体光計測装置、PET（Positron
Emission Tomography）をあげることができる。

これらの装置はPETを除けは未だ臨床的に実用可能レ
ベルには達していない。そしてPETにおいても未だ十分
な空間分解能は得られておらず、これを補うためにＸ線
CT装置等の形態診断装置の画像を利用しているのが現状
である。これは先に述べた機能診断と形態診断の併用の
一例でもある。

このような形態診断装置の併用のほかに、これらの生
体機能画像化装置の空間特性の向上のための試みは数多
くなされているが、十分な性能は得られていない。

例えば生体光イメージング装置は光を生体に照射し上
記生体からの散乱透過光を計測し生体内の各種機能をし
画像化しようとするもので、特開昭57−115232で提案さ
れている。本装置は生体に与える障害が非常に少ないた
め理想的な生体機能画像診断装置と成る可能性が指摘さ
れている。この生体光イメージング装置においても空間
性能の低さが実用上の大きな問題点となっている。

生体における光計測では特に被写体内部で生じる散乱
光が計測データ上に加算され位置情報を乱すため、生体
内部の特に深部における機能分布を画像化するのは困難
であると言われる。

この生体光イメージング装置の空間分解能を向上させ
る方法として、時間ゲートを用いて光のパスを制限する
時間ゲート法と多波長法の組み合わせによる、散乱光の
影響除去を本発明者は提案している。

〔発明が解決しようとする課題〕

生体機能の画像化装置の研究は、未だ実用的な装置を
開発するには至っていない。最も実用化に近い装置PET
においても空間特性が不十分で、実際の診断にはＸ線CT
装置等の形態診断装置で得た画像情報を必要としてい
る。このような例は他の機能計測装置にも見られること
は先に述べた。

このように従来から行われている機能計測と形態計測
の併用は、それぞれ異なった装置で異なった時点で計測
された２種の画像を並列に表示するこによって、機能計
測における空間情報の不足を補うことを目指したもので
ある。しかし上記方法では、両者の計測を異なった装
置、異なった時刻で行うため、相互の幾何学的な位置関
係を正確にとらえることはできない。更に機能計測画像
に各種の物理的影響による空間的歪みがある場合これを
補正することも不可能である。このように従来方法では
機能、形態の両画像の正確な位置関係をとらえ、的確な
医学診断を行うことは困難である。

これとは別に機能計測装置自体の空間特性を向上させ
る試みもそれぞれに為されているが、計測の困難さから
十分な結果はえられていない。またこれらの試みが有効
に為されたとしても、得られる画像の空間特性は他の形
態診断を不要とするまでには至らないことが予想され
る。

本発明はこのような生体機能計測における位置情報の
不足を補い、同時に機能計測画像自身の空間分解能の向
上および画像歪みの低減を行い、機能異常のより正確な
診断を可能にする簡便な方法を提供することを目的とし
たものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記従来の欠点を除くために成されたもの
で、このために本発明における生体計測装置は、生体の
代謝循環等の機能を計測し画像化する機能を有する部分
と生体の解剖学的な形態を計測する機能を有する部分が
一つの装置に構成されており、両者の計測を同時にまた
は順次に計測対象を移動すること無く行うことができ
る。

形態計測部で計測した被写体の形態情報は、機能計測
部で得た機能的情報を画像に変換する処理過程において
利用され、更に表示部において機能の空間分布の画像と
同一画面上に表示される。形態を計測する部分はＸ線CT
装置またはMRI装置等の形態計測装置の原理を用いる。

機能分布を計測する部分は例えば光を入射しその散乱
透過光を検出して生体の機能を計測する生体光イメージ
ング装置などで構成する。生体光イメージング装置は多
数の光ファイバーで構成された光入力部と、複数の光フ
ァイバーで構成された光検出部より成り、検出部の出力
部は高速の光時間スペクトル計測部に入力する。機能計
測部はその他の機能計測が可能で且つ空間分布の計測で
きる装置であれば上記光イメージング装置には限定しな
い。

上記計測画像の表示部では形態を示す画像は組織の境
界部分のみを単色で表示し、機能を示す画像は上記形態
画像とは異なる色で上記画像と重ねて表示する。機能分
布を示す画像は医学的な基準から求められた標準値から
の差分を濃淡または、色相で表示してもよい。

〔作用〕

形態診断部と機能診断部が一体と成っているために両
者の診断が短時間のうちに空間的な変位も少なく計測で
き、両者の計測情報の空間位置関係が正確にとらえられ
る。このため、機能計測結果の空間分布の画像化処理に
おいて、形態情報を有効に利用できる。これにより機能
分布の画像化処理の高速化、高精度化が可能になる。

更に両者の画像が同一画面に表示されるため機能分布
画像の解剖学的な位置関係が正確に判定でき、正確な病
気の診断が可能になる。

さらに両機能部で用いる処理装置、画像表示部、ベッ
ドなどが共有できるために空間利用の効率化、価格低減
が図られる。また両方の診断が患者の移動無く行えるた
めに検査時間の短縮が図られ患者への負担を低減でき
る。

また表示部で機能分布に形態の境界画像を重ねて表示
することで機能画像の情報を損なうことなく、機能画像
の解剖学的位置関係を明確にし診断効率を挙げることが
できる。機能分布画像を医学的な標準値からのずれに対
応して表示することで、さらに異常部位の判定が容易に
なる。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面を用いて説明する。第１図
は本発明の一実施例の全体構成を示したものであり、形
態を診断する形態形測部、及び機能的な診断の可能な機
能計測部から構成されている。形態，機能両者の計測結
果から画像を再構成し、表示する画像再生部80及び画像
表示制御部100は両計測部に共通で一式有する。形態計
測部はＸ線CT装置の原理を用いており、被写体のまわり
を回転走査するＸ線源３及びＸ線検出器１を有する。Ｘ
線検出器１で検出されるｘ線射影データはｘ線計測部の
データ収集部70に取り込まれる機能計測部は光を生体に
照射しその散乱透過光を計測し代謝物質の分布を計測す
る生体光イメージング装置の原理を用いており、被写体
に装着される計測用キヤツプ20,光源部30及び光検出部4
0及びこれらを制御するタイミング制御部50,計測結果を
記録するデータ収集部90よりなる。Ｘ線計測及び光計測
の各データ収集部のデータは、画像再生部80で処理され
画像表示制御部100を介して表示部105に表示される。な
おこれらの装置は全て１台のコンピュータ60で制御され
る。

上記装置構成のうち形態計測部は、Ｘ線CT装置に限ら
ずMRI装置などの生体内部の形態、代表的には断層像を
正確に計測し画像化できる形態診断装置で構成すること
ができる。機能計測部は生体の循環代謝などの機能を定
量化し空間分布として計測できる機能を有する装置で構
成する。本発明に適用可能な生体機能計測手段としては
上述の生体光イメージング装置（光CT）に限らず、各磁
気共鳴スペクトル分布計測装置（MRSイメージング装
置）．生体磁場分布計測装置（脳磁分布計測装置）など
が適用できる。なお他の生体の循環、代謝などの機能を
計測できる装置で空間分布の計測可能な装置であれば上
記装置に限定しない。

第２図は機能計測部に生体光イメージング装置の原理
を用い、形態計測部としてはＸ線CT装置の原理を用いた
第１図の実施例の装置の外観を示しており、特に人体頭
部を対象とした装置の例である。生体光イメージング装
置の原理は例えば特開昭57−115232号に詳細に述べられ
ている。第１図の各部が搭載された装置本体110のガン
トリー開口部には、ヘッド120に横たえられた被写体の
頭部が挿入される。この構造は従来Ｘ線CT装置と同様で
ある。さらに本実施例では、機能計測部の計測用キャッ
プ20をガントリー開口部内に保持する機能を有すること
を特徴とする。

第３図は本装置における計測領域を示しており、Ｘ線
CT装置部の計測領域４は生体光イメージング計測部の計
測領域５を包含するように構成されている。なお３はＸ
線発生部を、20は生体光イメージング装置における計測
用キャップを示す。

次に第４図は上記生体光イメージング計測部の詳細な
構成を示すものである。

被写体キャップ20には、第４図（ｂ）に示すように光
源部30から入射する光を導いて被写体に照射するための
光ファイバー12と、検出された光を光検出部30に導びく
光ファイバー14が設けられる。これら２種類の光ファイ
バーはそれぞれ複数本設けられる。これらの端部はキャ
ップ20の内面をひとつの断面が切る円周に沿って配置さ
れる。キャップ20を被写体の頭部に装着すると、第２図
のベッド120の位置調整などにより、ｘ線CT装置の撮像
断面と、上記光ファイバーの端部が配置された断面とが
一致するようにされる。これにより、形態計測部の計測
視野と機能計測部の計測視野とは同一断面上にあり、前
者が後者を包含する配置とする。

第４図（ａ）に示すように、光源部30は100psec以下
の短時間パルスを繰返し照射できる２種類の波長のレー
ザ装置８−１及び８−２、上記レーザの一方を選択して
任意の時間間隔で照射光の波長を切り換えるための光源
制御部６及び波長切り替え部７を有する。本構成例は２
波長の構成であるが、光源の波長数はこれに限定されな
い、例えば血液中のヘモグロビンの酸素飽和度の計測に
おいては、酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビン
の等吸収点（805nm）と他の一点の波長（例えば600nm）
と各波長の近傍の各一点計４点の計測を行なう必要があ
る。このような場合には光源は４個と成る。

レーザ８−１もしくは８−２から照射され波長切り替
え部７で選択されたレーザ光ビームは、光走査部に入射
する。光走査部は回転ミラー９で構成しレーザ光の進行
方向を走査する。

ミラー９により進行方向を偏向された光ビームは第４
図（ａ）の照射用光ファイバー12の他端11を配列した光
分配部10に入射し回転ミラー９の走査角度に応じて順
次、例えば入力部ファイバー番号1.2.3,,の順番で入力
して行く。この結果計測用キャップ20のファイバ12の出
力部からは時系列的に光が出力し光ファイバーの配置に
応じて順次生体への光照射が行われる。この光走査と光
源パルス発光のタイミングを制御することによって任意
のファイバーに、設定されたタイミングで設定数の光パ
ルスを入力することが可能になる。

ここで光走査部のミラー回転位置をパルス制御モータ
で自由に制御することにより、ファイバーの配置とは無
関係に希望する自由な順番（1.2...ではなく）で光照射
が行える。なお光入射の順番及び設定パルス数は生体に
最も障害が少なくかつ最適な画像計測が可能なように被
写体の大きさや形状に応じて制御部６で設定することが
可能で、これによって常に最適な計測状態で診断が可能
と成る。

また光走査部に光走査波長切り替え部７が付加されて
いるので複数の波長の光を順次設定されたスケジュール
に沿って高速に照射することができる。

被写体に入射した光は被写体を通過し各生体代謝物質
の特性に応じて吸収を受け、生体組織による散乱を受け
被写体表面から放出される。これが光ファイバ13を介し
て光検出部40に導かれる。

第５図は光検出部40の詳細を示した図である。計測用
キャップ20内の光収集部13は光ファイバー14と複数のレ
ンズで構成し常に被写体表面近傍に光学系の焦点が設定
されるように配置されている。

上記光収集部13に入射した被写体からの透過散乱光は
光ファイバー14を通って光検出部40に導かれる。

本実施例の光検出部40は、光の強度変化を高速に計測
し記録できる装置、以下光時間スペクトル計測装置と称
する、を用いている。光時間スペクトル計測装置は、そ
れ自身が高速の時間応答を有し、さらに時間スペクトル
を計測、保存できるため光シャッターを用いずに時間ゲ
ートを設定できる。

被写体キャップ20から複数の光ファイバー14により導
かれた計測光は、ストリークカメラの受光面16上に適当
な間隔で入射する。上記光は入力面16において電子に変
換され螢光面18に向かって走行する。交流電場発生部17
は上記電子の走行方向を高速に変位させる。この結果螢
光面18には入力光の時間変化に対応した分布画像が表示
され、これをTVカメラ等で読みだすことにより光強度の
時間変化を高速に計測することができる。ところで高速
のパルス光源８−１又は８−２によって光ファイバー12
を介して光を照射された被写体の表面からは光の走行過
程に応じた遅れ時間を持つ光が第６図（ａ）のような時
間分布を持って放出される。上記光はさらに光ファイバ
ー14を介して光時間スペクトル計測装置の螢光面18に第
５図（ｂ）のような分布データを形成する。上記分布
（ｂ）のうち縦方向は時間を、Ｙ横方向は各ファイバー
の光収集部13が配置する被写体表面近傍の位置と対応す
る。このような時間分布像のうち、光パルス照射からあ
る時間以上経過した部分は、被写体内で散乱，屈折をく
る返して回り込んできた光であるので、このような散乱
線を除去するため、第６図（ａ）の斜線部R₁のように時
間ゲートをかけ、この部分の光量の積分値を検出データ
とする。本実施例ではTVカメラ等で読み記録した光時間
スペクトル像のうちの特定範囲の部分を計算機で処理す
ることで時間ゲートの機能を実現し、所望の透過光量を
得る。

上記のような計測を光パルスの照射位置、つまり照射
用ファイバーを順次選択することにより、被写体の多方
向からの光入射による光伝達特性を計測し、これによっ
て被写体の３次元的な光学特性分布を画像化するのに必
要なすべてのデータを得ることができる。

上記ファイバーの時系列的選択は従来のＸ線CT装置に
おけるエックス線源走査と同様の効果を持つもので、上
記構成でえられた計測データをCTの画像再生理論にもと
づいて演算処理すれば被写体の光学特性分布を画像化す
ることができる。このような画像再生の原理及び方法に
関しては“Image Reconstructio from Projection"G.T.
Herman,1979に詳細に述べられている。

なお、第５図に示した光時間スペクトル計測装置に代
え、特開昭63−20665号に記載されたように高速光シャ
ッタの採用により時間ゲートを実現してもよい。

（機能画像計測の手順） 次に本発明の装置を用いた生体計測装置の生体機能画
像の計測手順を上記生体光イメージング装置とＸ線CT装
置の原理を用いた装置の例（第１図）で説明する。

本装置の被写体は人体頭部であり、被検者はＸ吸収係
数の小さい物質で構成された頭部保持部を有するベッド
に寝た状態で形態計測装置の計測部へ挿入される。

上記設定の終了後生体光イメージング装置の検査部で
ある計測キャップ20を被検者の頭にかぶせる。

上記生体光イメージング装置の計測キャップ20はＸ線
吸収係数の小さな物質で構成されており。形態計測部か
らの照射Ｘ線の大部分はこれを透過する。このため計測
キャップはプラスチックまたはアルミを素材で構成す
る。

次に計測キャップ20をセットした状態でＸ線を照射し
被写体と計測キャップを含めた断層像を計測する。これ
によって形態計測部では第７図に示すような画像が得ら
れる。表示領域106は被写体及び生体光イメージング装
置計測キャップを含み被写体の形状21及び計測キャップ
の形状22が表示される。

上記計測キャップ内には特定の位置に比較的Ｘ線吸収
率の大きい物質を配置しておく。これによってＸ線透過
画像上に上記吸収体の位置23が高吸収域として特異的に
表示されるため、機能計測部と被写体及び形態計測部の
位置関係を容易に求めることができる。上記表示用吸収
体は計測キャップ上に少なくとも３カ所配置する。これ
によりＸ線画像と生体光計測部の位置関係を、計測画面
上で正確に求めることが可能になる。

以上計測の結果CTの原理にもとづく画像再生処理によ
り、被検体の形状及び被写体内の臓器の分布、更に上記
被写体と機能計測部の空間的配置関係が求まる。

ここで形態計測と機能計測の両者は計測位置の変動を
防ぐため同時に行うことが望ましい。ただし、被検体位
置の大きな変動の生じない程度の時間内であれば、同時
計測せず両者の計測を時系列的に行っても良い。

形態及び機能の両計測を時系列的に行なう場合、被写
体位置のずれによる空間特性の劣化の可能性が高くなる
が、同時計測にくらべ、相互の物理的干渉によるクロス
トークがなく、また計測処理装置の負荷が時間的に分散
させるというメリットがある。

なお、時系列で両者の計測を行う場合、計測の順番は
どちらを先にしても良いが、機能計測データの画像化処
理には形態計測画像の情報を必要とするため、形態計測
−機能計測の順に行うほうがデータ処理は簡単化され、
処理装置のメモリー量も小さくできる。

また一般に機能的な計測では時系列的に計測を繰返し
代謝等の時間変化を計測する場合が多いが、このような
場合には第８図（ａ）に示すように計測の最初と最後に
形態計測を１回ずつ行なっても良い。ただし計測の時間
間隔が長い場合には第７図（ｂ）のように機能計測と形
態計測を交互に行なうことが好ましい。

次に機能画像計測における各部の動作を説明する、な
お計測の順番は形態−機能の順で行う場合を仮定する。

計測キャップ内の光分岐用ファイバー12に順次光パル
スを光照射1.2.3..に示す番号で照射する。この時各光
検出器には第５図（ａ）のような時間スペクトルを持っ
た光信号が順次入力する。これらの計測値は一連の計測
が終了するまで記憶部に保存される。

ところでこれらのデータには生体内の散乱光が多く含
まれるためこのままでは画像化に用いることはできな
い。そこで特開昭63−20665に示すように時間ゲートに
より散乱光を除く。本実施例においては上記時間スペク
トルデータのうち、散乱光の少ない時間スペクトル前部
のデータを選択し加算することで同様の効果を得られ
る。この場合時間ゲート幅（データの選択幅）は狭いほ
ど散乱光の混入を小さくでき空間分解能を向上できる
が、逆に信号量は減る。このため、時間ゲートの幅は被
検体の大きさ，光の透過率により最適値が異なってく
る。通常人体頭部を仮定した場合は100psec程度が最適
な幅となる。

このように上記スペクトルデータは設定した時間幅で
時間方向に加算する。この結果光照射部の数をNs、光検
出部の数をNdとすると上記計測でえられる一連のデータ
はNsxNd個の数値データとなる。

（画像再生処理） 次に上記計測でえられた機能計測のデータの組（NsxN
d個の数値データ）と、事前に計測した形態計測画像を
用いて機能分布の画像再生を行なう。以下に画像再生処
理の流れを具体的に説明する。

Ｘ線CT装置の計測画像には第７図に示すように被写体
と機能計測装置のＸ線吸収画像が表示される。上記画像
には計測キャップに埋め込まれた位置検出用の表示23が
高吸収域として検出できる。そこまずＸ線画像上で計測
領域をNxMの画素に分割する、この画素と位置検出用吸
収体の位置関係から機能計測装置の光入力部と、光検出
部の正確な位置を全て求める。これは光イメージング装
置の構造を事前に正確に計測し記憶しておけば容易にで
きる。

次にＸ線CT画像から被写体のうち骨の部分、脳内の白
質部、灰白質部の各領域を分類する。このようなＸ線CT
画像からの組織判別は、Ｘ線CT装置において生体臓器の
３次元表示に使われている方法を用いる。たとえば組織
鑑別の最も簡便な方法は吸収値のレベルから判定する方
法で、例えば計測画像のCT値で1200以上は骨、白質は12
00−110、灰白質は1100以下として表示する。

次に機能計測領域を先のＸ線計測画像の画素分割に従
って４角形の画素に分割する。第９図（ａ）に示すよう
に上記各画素に光学的な変数として、散乱係数si及び吸
収係数miをあたえる。ここでｉは画素の番号を示す。次
に、Ｘ線CTで計測した形態画像によって被写体の構成組
織は分類されているので、上記各光学変数のうち、事前
に決定できる数値を定数として与える。たとえば計測に
用いる光の波長を600−700nmの波長に設定したとする
と、頭部の画像のうち骨の領域には600−700nmの光を吸
収する物質はほとんど存在しないためmi＝０と置くこと
ができる。また骨の散乱係数は被検者の年齢により異な
るが従来の計測データから推定できる。そこで骨におけ
る散乱係数の各年齢における標準的な数値を求めておけ
ば、骨領域における散乱係数siを定数として与えること
ができる。更に脳内の各組織に関しても先に述べた組織
分類に応じて散乱係数を事前に実験的に求め、標準値を
もとに設定する。この結果画像化に必要な計測領域の真
の変数は脳組織内における吸収係数miのみになる。

上記の処理により本来は各領域に与えられていた変数
の組み合わせのうち多くの部分を事前に設定できるた
め、以後の画像化が容易になり、演算に要する時間も短
縮できる。

次にこれらの変数及び設定された定数分布をもとに吸
収係数の分布を求める方法を以下に述べる。

ある発光点Skを仮定したとき得られる計測値は被写体
がある場合、第９図（ｂ）に示されるように各検出点で
えられた計測値Ak1の組み合わせとなる。

ところで光照射部Skから放出された光はファイバーの
端面から拡散し各検出器に入力する。そこで被写体の無
いときの上記各計測値をAk10とする。なおこの計測値は
時間ゲートをかけない。

上記各データから Xk1＝−log（Ak1/Ak10） …（１） をもとめる。ここで時間ゲートを通過した光は生体内を
ほととんど直進したとみなせるからｋと１の組み合わせ
から光が通過する領域Rklを、先に第９図（ｃ）のよう
に求めることができる、そこでこの通過領域に含まれる
全ての画素の番号の集合をＲとする。この時計測値より
えられた吸光度Xk1は Xk1＝Σ（mi＋si）、ｉ∈Ｒ …（２） となる。これらのうちsiは既知であるので各計測単位に
おける真の吸収による減弱は Yk1＝Xk1−Σ（si）、ｉ∈Ｒ により求めることができる。また画素ｉが骨の領域に含
まれる場合にはmi＝０と置くことができる。更に全のｋ
と１の組み合わせに関して上記のように演算を行う。こ
れれより吸収値miのプロジェクションの組み合わせ（Yk
1,k＝１〜Ns,1＝１〜Nd）が求められるので、従来のＸ
線CTにおけるCT画像再生のアルゴリズムを適用して、吸
収値（mi）の分布が求められる。

以上の演算処理によって第９図（ｄ）のような特定の
波長の光吸収係数の空間分布（つまり特定の代謝物質の
空間分布）を示す画像が得られる。なおここでは既に形
態計測装置による組織判別画像が得られている。この両
者の画像の位置関係は先の処理過程から明らかなように
正確に対応づけられている。そこでこの両者の画像は並
列して表示しても有効な診断情報を与えられるが、さら
に１台のCRT上に形態画像は各組織の境界部のみを特定
の色で示し、機能の濃淡画像（ｂ）を境界表示とは異な
る色を用いた濃度または色相で表示すれば生体機能の実
際の状態が的確に表示され、診断に最適な情報提供が可
能と成る。第９図（ｄ）はこのような表示の例を示す。

なお、機能画像表示として、計測物理量の値の絶対値
を表示するのではなく、医学的な見地から得られている
標準値からのずれを濃度として表示すれば更に医学的に
有効な情報を与えることができる。またこの標準値は形
態計測画像から得られた臓器または組織に対応する値を
用いれば更に好ましい。

以上の実施例は機能計測部に生体光イメージング装置
を用いた例であるが、一般の任意の機能計測方法を用い
た場合においては以下のような一般的な処理が可能であ
る。

まず生体機能を表示する物理量を計測し画像化する方
法は次のような手順を持つ必要が有る。

（１）計測領域のうちの限定された部分からの信号を受
信する。この信号には計測領域のうちの限定された部分
における物理量の影響が反映されている。

（２）上記限定領域（走査領域）を被写体全域に移動し
信号の計測を行う（計測領域走査）。

この領域走査の時間的順番1.2..i..Nm（Nm:計測の
数）とするとこの各番号に応じて計測値Xi（ｉ＝１〜N
m）が得られる。さらに各計測番号に応じた計測領域Ri
（ｉ＝１〜Nm）が計測領域内に指定される。

そこでまず計測領域を適当な大きさの画素に分割しこ
れをhj（ｊ＝１〜NpNp:画素数）とする。

ところでこのような計測は当然特定の物理量の計測を
目的としたものであるが、特に機能的計測を目的とする
計測においては微弱な信号を扱うため、計測された信号
は求めたい物理量（光計測の場合は例えば吸収係数）の
他に他の物理量による変異を受ける場合が多い。例えば
光計測における散乱の効果などがこのような変位の原因
の例である。このため計測値Xiは Xi＝ｆ（ak..,bk....,ck） ｋ∈Ri …（３） のように表示できる。このうちａは求めたい物理量で、
b,cは変異の原因となる物理量である。ｆはこれらの間
を関係づける関数である。ここで式（３）のような関係
があるとき各画素の計測対象物理量akの算出には全ての
変数a,b,cの値を求める必要がある。一般にこのような
計算には膨大な計算量で、現実には実行不可能な場合が
多い。

ところで本発明の装置によれば上記機能計測の前また
は後に、まったく同一の位置で計測対象の形態を計測す
ることができる。これによって計測対象の外形、更には
内部の組織の分布形状が計測できる。また先に示したよ
うな位置表示を付加することにより機能計測における計
測領域が形態計測画像と正確に対応付けることができ
る。

次に上記物理変数（a,b,c）のうち求めたい変数はａ
でありこれは一般に未知数となる。しかし生体の物理特
性は生体組織の種類に依存している。また生体組織の種
類は解剖学的な知見から、形態計測画像上で識別可能で
ある。先の実施例では、頭部における骨，脳組織の鑑別
の例を示している。

光計測における散乱係数はこのような推定可能な物理
量の例であり、脳磁計測においては組織の透磁率が、PE
Tにおいては消滅ガンマ線の吸収係数がこれら当る。そ
してこれらは何れも形態計測によって分類可能な組織種
別に対応して標準的な数値をあてはめることができる。
つまり計測目的である変数ａは真の変数として他の形態
依存の（形態により推定可能な）変数b,cは推定値を設
定することにより、先の式（３）は Xi＝ｆ（ak..） ｋ∈Ri …（４） と成り、物理変数を１種とした従来からの画像再生の問
題に帰着できる。

このように単純化した変数の組み合わせから従来のＸ
線CTにおける画像再生法や、イテレイション法を用いて
画像再生を行うことができる。

さらに上記演算によって得られた機能の分布画像と既
に得た形態画像を先に述べたように重ねて表示すること
で、有効な診断情報を与えることができる。

また計測物理量ａも生体における物理量であるため組
織によってはその範囲や平均的な値を限定できる場合が
ある。このような場合にはaiの推定値をai0としてai＝a
i0＋daiとして、daiを変数とした演算を行うことができ
る。この場合daiは小さな値となる。このため画像再生
処理においてはaiを変数とした場合に比べ演算時間の短
縮や高精度化が可能と成る。

〔発明の効果〕

以上述べたごとく、本発明によれば形態計測部と機能
計測部を一体で構成することにより、形態画像から得ら
れた形態的情報を、機能分布画像の再生に利用し、正確
な機能画像を効率良く得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の全体構成を示す図、第２図は
本発明の実施例の外観を示す。第３図は本発明の実施例
における計測領域を示す図、第４図及び第５図は本発明
の第１の実施例における生体光イメージング部の構成を
示す図、第６図は本発明の生体光イメージング部の計測
信号の状態を示す図、第７図は本発明の実施例の形態計
測部における計測画像を示す図、第８図は本発明の実施
例の計測シーケンスを示す図、第９図は計測データの処
理過程を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 但馬 武 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 関原 謙介 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭64−52442（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−105641（ＪＰ，Ａ) 映像情報メディカル 臨時増刊号「臨 床時代に入ったＭＲＩ」、20［24 ］（1988）ｐ．146−148 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A61B 6/00 - 6/03 A61B 5/055 A61B 10/00

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】生体の形状を計測する形態計測手段と、生
   体の機能を計測する機能計測手段と、を有する生体計測
   装置において、 前記形態計測手段はＸ線CT装置であり、前記形態計測手
   段の内部に前記機能計測手段が配置され、前記形態計測
   手段で得られた形態画像と前記機能計測手段で得られた
   機能画像とを重ねて表示する表示部とを有することを特
   徴とする生体計測装置。
2. 【請求項２】生体の解剖学的形状を計測する形態計測手
   段と、他波長を有する光を複数の位置に照射する照射手
   段と、前記照射手段からの光を生体に照射し、生体から
   の光を検出する検出手段と、を生体と前記形態計測手段
   との間に配置した構成であることを特徴とする生体計測
   装置。
3. 【請求項３】前記照射手段と前記検出手段とを収納する
   マーカ付きキャップを有することを特徴とする請求項２
   に記載の生体計測装置。
4. 【請求項４】前記形態計測手段は、Ｘ線CT装置であるこ
   とを特徴とする請求項２又は３のいずれかに記載の生体
   計測装置。
5. 【請求項５】前記マーカはＸ線を吸収することを特徴と
   する請求項３記載の生態系即装置。
6. 【請求項６】前記形態計測手段は、MRI装置であること
   を特徴とする請求項２又は３のいずれかに記載の生体計
   測装置。
7. 【請求項７】前記多波長を有する光の波長は、可視乃至
   赤外の領域であることを特徴とする請求項２記載の生体
   計測装置。
8. 【請求項８】前記形態画像と前記機能画像とを異なる色
   で表示することを特徴とする請求項２記載の生体計測装
   置。