JP4675372B2 - 下肢潅流量測定装置 - Google Patents
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Description
本発明は、下肢潅流量測定装置に関するもので、より詳細には、ＩＣＧを使用した蛍光撮影領域を下肢に指定して、それによって生体の下肢を支持することができる下肢固定部を具備することで、一定時間連続した映像撮影において移動による誤測定の可能性を最小化して、測定に要求される光源以外の光を遮断するように暗室構造物である漏光防止部を具備することで、蛍光映像測定の障害要素を除去し、潅流量の機能的特性において高い空間的敏感度を有することができ、特定領域の潅流量の機能的測定が可能な下肢潅流量測定装置に関するものである。
一般的に、血管造影技術（Ａｎｇｉｏｇｒａｐｈｙ）は、生体内部に造影剤を注入して、それを映像化することができる光源を使用して、前記造影剤による光源の散乱及び発生を測定して組職の潅流を測定することができる技術である。
ここで、前記血管造影技術には、皮膚表面の血流速度によってレーザーが散乱する程度を測定するレーザードップラー映像技術と、血管造影剤を使用してＸ線映像で血管の内径構造を測定するＸ線血管造影技術と、近赤外線でインドシアニングリーン（ＩＣＧ：Ｉｎｄｏｃｙａｎｉｎｅ Ｇｒｅｅｎ）を使用して近赤外線で前記造影剤の血流濃度を測定するインドシアニングリーンを使用した血管造影術技等が含まれる。
しかし、前記レーザードップラー映像技術は、血流速度が低下すると、敏感度が下がり、Ｘ線血管造影技術は血液の実際の流れではない血管の内径構造を示す構造的な映像なので、組職の潅流量を測定することができないし、ＩＣＧを使用した血管造影技術は近赤外線を照射することにより測定される蛍光映像が、外部光源によって誤測定される可能性が存在し、潅流量の機能性特性を高い敏感度で測定することができないなどの問題点があった。
Cortical Perfusion measurement by indocyanine-green videoangiography in patients undergoing hemicraniectomy for malignant stroke (Strok 2006;37;1549-1551頁;American Heart Association;2006年4月27日発行）
All-optical anatomical co-registration for molecular imaging lf small animals using dynamic contrast (Nature Photonics Vol.1;526-530頁;Nature Publishing Group;2007年8月19日発行）
本発明は、上述した問題点を解決するために案出されたもので、ＩＣＧを使用した蛍光撮影領域を下肢に指定して、それによって生体の下肢を支持することができる下肢固定部を具備することで、一定時間連続した映像撮影において、移動による誤測定の可能性を最小化して、測定に要求される光源以外の光を遮断するために暗室構造物である漏光防止部を具備することで、蛍光映像測定に障害なる要素を除去し、潅流量の機能的特性において高い空間的敏感度を有して、特定領域の潅流量の機能的測定が可能な下肢潅流量測定装置を提供することを目的とする。
前記のような目的を達成するために本発明は、ＩＣＧが注入された生体に一定波長の光を照射する発光装置と、外部光の透過を遮断するように形成された漏光防止ハウジングを含む漏光防止部と、前記ＩＣＧ及び発光装置によって発散される蛍光信号の中で、近赤外線波長のみを通過させる帯域通過フィルターと、近赤外線領域を撮影することができるＣＣＤカメラを含むデータ獲得部と該データ獲得部に接続されたデータケーブルを通じて近赤外線波長領域のデータで生体の潅流量によって既決定された色を指定して領域別に彩色して潅流量を映像的に算出するデータ処理部と、前記データ処理部の潅流量を出力するデータ出力部とを含む。
そして、前記漏光防止ハウジングは、生体の下肢を固定することができる構造物である下肢固定部をさらに含み得ることを特徴とする。
ここで、前記の固定部は、生体の両下肢が固定され得る一定幅及び一定高さを有する下肢固定台及び生体の足を乗せられる足板を含む。
また、前記発光装置は、７５０〜７８０ｎｍの波長を有するレーザーまたは前記波長領域の帯域通過フィルターを有する白色光源及び発光ダイオードであることを特徴とする。
併せて、前記発光装置は、一つ以上多数個具備することが可能であり、強度調節が可能であることを特徴とする。
そして、前記データ処理部は、前記データケーブルに入力されるデータを関心地域で時間による蛍光強度に処理するための数値化手段と、前記処理された時間による部位別蛍光強度から各部位別潅流パターンを決める決定手段と、該決定手段から入力するデータで潅流量を算出する潅流量演算手段とを含んでなることを特徴とする。
ＩＣＧを使用した蛍光撮影領域を下肢に指定して、それによって生体の下肢を支持することができる下肢固定部を具備することで、一定時間連続した映像撮影において移動による誤測定の可能性を最小化し、測定に要求される光源以外の光を遮断するように暗室構造物である漏光防止部を具備することで、蛍光映像測定の障害要素を除去し、潅流量の機能的特性を高い空間的敏感度で測定することができる。
以下、本発明による実施形態を添付した例示図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明による下肢潅流量測定装置を概略的に図示したブロック図である。図面に示しているように、本発明による下肢潅流量測定装置１は、漏光防止部１０とデータ獲得部３０とデータケーブル４０とデータ処理部５０とデータ出力部７０からなる。
ここで、前記漏光防止部１０は、発光装置１１と下肢固定部１３と漏光防止ハウジング１５で構成される。
そして、前記発光装置１１は、インドシアニングリーン（ＩＣＧ：Ｉｎｄｏｃｙａｎｉｎ Ｇｒｅｅｎ）を注射した生体に一定波長の光を発光するように具備され、前記発光装置１１の光を生体に照射することにより、ＩＣＧを注射した生体の組職内のＩＣＧを活性化して組職からの蛍光信号を観察することができる。
ここで、前記発光装置１１の一定波長は、７５０〜７８０ｎｍの波長で、生体の下肢に照射され、前記波長の近赤外線は、ＩＣＧ注入による蛍光観察のために照射され、光源には前記波長を有する発光ダイオードまたはレーザーを使用することができる。前記白色光が前記波長で照射されるようにフィルターとして帯域通過フィルター（ＢＰＦ：Ｂａｎｄ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）を使用することができる。これは、一つ以上、多数個具備することが可能で、位置調節が可能であり、前記波長を有する近赤外線の強度を調節することができる。
また、前記の固定部１３は、前記ＩＣＧの濃度が減少するのにつれて連続的に映像を得ることができるように、前記生体の両方下肢を固定するように形成され、座った状態または横になった状態または横向きに横になった状態での撮影が可能に変形される。
ここで、前記固定部１３は、生体の両下肢を固定することができる一定幅及び一定高さを有する下肢固定台１３ａと、生体の足を乗せることができる足板１３ｂを含んでいる。
そして、前記固定台１３ａは、膝関節以下を固定することができる一定高さを有し、前記足板１３ｂは、足下部面の屈曲に対応するように曲線に形成することができ、前記固定台１３ａの下部面と生体の足は一定角度を成して固定することが可能である。
併せて、前記固定台１３ａの形状は、横になった状態及び横向きに横になった状態で多様に前記膝下の足を固定することができるように変更可能である。
また、前記漏光防止ハウジング１５は、外部光の透過を遮断するように形成し、一種の暗室のような役割を遂行する。これは、前記生体の下肢に光を照射する発光装置１１と下肢固定部１３と生体の下肢などをくるむように具備され、座った状態または横になった状態または横向きに横になった状態でも光の透過を制限しながら、前記発光装置１１と下肢固定部１３などの構成要素をくるむように形成し、変形可能である。
そして、前記データ獲得部３０は、帯域通過フィルター３１とＣＣＤカメラ３３を含んでいる。
ここで、前記帯域通過フィルター３１は、前記発光装置１１で照射された光によって生体で発生する蛍光信号を入力として受けるために、一定波長の光のみを通過させる。前記光源によって生体から出る蛍光信号の中で８００〜８５０ｎｍの近赤外線波長のみを通過させるように具備される。
また、前記ＣＣＤカメラ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ ｃａｍｅｒａ）３３は、前記帯域通過フィルター３１を通過した光を感知してデジタル信号に変換させる。これはデジタルカメラ類の中の一つで、電荷結合素子（ＣＣＤ）を使用して映像を電気信号に変換することにより、アナログ映像をデジタルデータにして保存媒体に保存する。
ここで、前記ＣＣＤカメラ３３は、データ獲得部３０に入力されて帯域通過フィルター３１を通過した蛍光信号を撮影して、デジタルデータの形態で映像処理のためにデータケーブル４０で送信される。
併せて、前記データ獲得部３０と発光装置１１は、近接するように位置させることができ、データ獲得部３０は、前記漏光防止部１０の漏光防止ハウジング１５内で生体の下肢を撮影できるように位置する。
そして、前記データ処理部５０は、数値化手段５１と決定手段５３と潅流量演算手段５５を含んでなり、前記データ獲得部３０からデジタルデータ入力を受けるための入力手段（未図示）及び前記データをデータ出力部７０に出力するための出力手段（未図示）をさらに具備することも好ましい。
ここで、前記データ獲得部３０から出力されるデジタルデータは、データケーブル４０で前記データ処理部５０に伝達されるが、ＲＳＣ２３２、並列ポート、ＩＥＥＥ１９３４またはＵＳＢなどを使用することが好ましい。
ここで、前記数値化手段５１は、入力された信号を関心地域で時間による蛍光強度に処理するために具備され、前記決定手段５３は処理された時間による蛍光強度から部分別潅流パターンと周囲信号との相関係数を算出して、前記演算手段５５は前記決定手段５３で入力されたデータで潅流量を算出する。
前記のような、前記データ処理部５０は、生体内にＩＣＧ注入後、時間経過につれて各部分別ＩＣＧ蛍光強度を測定して、各部分に対するパターン分析と周囲との相関係数分析が成立する。前記各部分に対するパターン分析は、下記のような数式で表現される。
組職の潅流量が正常より減少する虚血組職の時間に対するＩＣＧ蛍光強度の変化程度は、「虚血組職が潅流する程度（Ｐｅｒｆｕｓｉｏｎ Ｒａｔｅ）により、正常組職のＩＣＧ蛍光粒子（ＦＬｎｏｒ）が入って行って、同一な潅流量で虚血組職のＩＣＧ蛍光粒子（ＦＬｉｓｃ）が抜け出る」と言う仮定の下で下記の式で表現可能である。
ここで、効果的な虚血パターン認識のための数値としてＴｍａｘを使用する。
そして、前記虚血組職のＩＣＧ蛍光強度が最高値であるＴｍａｘは、時間に対する微分値が０になる地点なので、下記のような数式を算出することができる。
前記相関係数分析方法は、各部分に対して隣接した部分との時間に対する相関係数を次のような数式で導出する。
前記の二式を通じて導出した値を使用して、最終的に組職の潅流量（Ｐｅｒｆｕｓｉｏｎ Ｒａｔｅ）値を導出することができる。
このように算出された潅流量は、データ出力部７０に伝達して、潅流量によって既決定された色を指定して、領域別に彩色して潅流量を映像的にディスプレイすることができる。
また、生体の潅流量を測定しようとする関心部分（ＲＯＩ：Ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ Ｉｎｔｅｒｅｓｔ）を指定すると、連続的なＩＣＧ映像データで時間によるＩＣＧ蛍光強度を自動的に数値化して、それを時間的または空間的情報に処理する。
前記のように、本発明による下肢潅流量測定装置１を使用して生体内のＩＣＧ力学を測定するために、静脈注射を通じてＩＣＧを注入して、時間経過による組職内のＩＣＧ濃度変化を前記方法で測定する。組職内のＩＣＧ濃度変化は、直接組職の近赤外線映像を修得するか分光技法を使用して測定可能である。
図２は、本発明の一実施形態による下肢潅流量測定装置を概略的に図示した斜視図である。図面に示しているように、座った状態で関心部分の潅流量を測定するためには、下肢の両方を膝の一定高さまで漏光防止ハウジング１５内に挿入して、下肢固定台１３ａの水平方向部分を上下方向に位置を変更させて高さ（ｈ）を調節することにより、データ獲得部３０のＣＣＤカメラ３３が感知する映像の部分を調節することができる。
前記方法で、下肢固定台１３ａの水平方向部分を前後方向に位置を変更させて角度（θ）を調節することで、データ獲得部３０のＣＣＤカメラ３３が感知する映像の部分を調節することができ、前記固定台１３ａを前後方向へ調節可能にすることが好ましい。
また、前記データ獲得部３０のＣＣＤカメラ３３を上下、左右、前後方向に移動させて位置させることで、獲得しようとする関心領域にしたがって映像領域を調節することができる。
併せて、足板１３ｂを前後方向または左右方向に移動可能に形成することも好ましい。
そして、前記データ獲得部３０に入力した蛍光強度に対するアナログデータをデジタルデータでデータケーブル４０を使用してデータ処理部５０に送り、そのデータから既プログラムされた演算によって潅流量を算出して、その算出結果にしたがって彩色して、モニター、プリンターなどの出力器機を含むデータ出力部７０で蛍光映像を出力する。
図３は、本発明の一実施形態による下肢潅流量測定装置を概略的に図示した斜視図である。図面に示したように、横になった状態で関心部分の潅流量を測定するためには、下肢の両方を膝の一定高さまで、または足の一定高さまで関心領域に対する蛍光強度が測定できるように、漏光防止ハウジング１５内に挿入して、下肢固定台１３ａの水平方向部分を上下方向に位置を変更させて高さ（ｈ）を調節することで、データ獲得部３０のＣＣＤカメラ３３が感知する映像の部分を調節することができる。
前記方法で、下肢固定台１３ａの水平方向部分を前後方向に位置を変更させて角度（θ）を調節することで、データ獲得部３０のＣＣＤカメラ３３が感知する映像の部分を調節することができ、前記固定台１３ａを前後方向に調節可能にすることが好ましい。
また、前記データ獲得部３０のＣＣＤカメラ３３を上下、左右、前後方向に移動させて位置させることで、獲得しようとする関心領域にしたがって映像領域を調節することができる。
併せて、足板１３ｂを前後方向または左右方向に移動可能に形成することも好ましい。
そして、前記データ獲得部３０に入力した蛍光強度に対するアナログデータをデジタルデータでデータケーブル４０を使用してデータ処理部５０に送り、既プログラムされた演算によってデータから潅流量を算出して、その算出結果によって彩色してモニター、プリンターなどの出力器機を含むデータ出力部７０で蛍光映像を出力する。
図４は、本発明の一実施形態による下肢潅流量測定装置を概略的に図示した斜視図である。図面に示しているように、（ａ）は左向きに、（ｂ）は右向きに横になった状態で関心部分の潅流量を測定するためには、下肢の両方を膝の一定高さまで、または足の一定高さまで関心領域に対する蛍光強度を測定できるように漏光防止ハウジング１５内に挿入して、下肢固定台１３ａの水平方向部分を上下方向に位置を変更させて高さ（ｈ）を調節することにより、データ獲得部３０のＣＣＤカメラ３３が感知する映像の部分を調節することができる。
前記方法で、下肢固定台１３ａの水平方向部分を前後方向に位置を変更させて角度（θ）を調節することで、データ獲得部３０のＣＣＤカメラ３３が感知する映像の部分を調節することができ、前記固定台１３ａを前後方向に調節可能にすることが好ましい。
また、前記データ獲得部３０のＣＣＤカメラ３３を、上下、左右、前後方向に移動させて位置させることで、獲得しようとする関心領域にしたがって映像領域を調節することができる。
併せて、足板１３ｂを前後方向または左右方向に移動可能に形成することも好ましい。
そして、前記データ獲得部３０で入力した蛍光強度に対するアナログデータをデジタルデータでデータケーブル４０を使用してデータ処理部５０に送り、既プログラムされた演算によってデータから潅流量を算出して、その算出結果にしたがて彩色してモニター、プリンターなどの出力器機を含むデータ出力部７０で蛍光映像を出力する。
図５は、本発明による下肢潅流量測定装置を使用した測定方法を概略的に図示した流れ図である。図面に示しているように、本発明による下肢潅流量測定装置を使用した測定方法は、生体内にＩＣＧを注射して、濃度が低くなるまで連続的にデータ獲得部を通じてＩＣＧ濃度を測定する（Ｓ１０）。
そして、前記ＩＣＧ濃度変化をデータケーブルを通じてデータ処理部に伝達して分析及び数値化して、時間によるＩＣＧ力学をグラフで表示する（Ｓ２０）。
また、数値化されたデータからＩＣＧ濃度が最高値である時の時間による虚血パターンを認識して、隣接部位との相関係数を計算して（Ｓ３０）、既プログラムされた演算を通じて潅流量（Ｐｅｒｆｕｓｉｏｎ Ｒａｔｅ）を算出して（Ｓ４０）、それに対応する既決定された色で彩色して蛍光映像を出力する（Ｓ５０）。
以上で、本発明の好ましい実施形態を例示的に説明したが、本発明の範囲はこのような特定実施形態にのみ限定されるものではなく、該当の分野で通常の知識を有する者なら本発明の特許請求の範囲に記載した範疇内で適切に変更が可能であろう。ＩＣＧを使用した蛍光撮影領域を下肢に指定して、それによって生体の下肢を支持することができる下肢固定部を具備することで、一定時間連続した映像撮影において移動による誤測定の可能性を最小化して、測定に要求される光源以外の光を遮断するように暗室構造物である漏光防止部を具備することで、蛍光映像測定に障害要素を除去し、潅流量の機能的特性において高い空間的敏感度を有することができ、特定領域の潅流量の機能的測定が可能な装置を総括する。
以上で説明したように、前記のような構成を有する本発明は、ＩＣＧを使用した蛍光撮影領域を下肢に指定して、それによって生体の下肢を支持することができる下肢固定部を具備することで、一定時間連続した映像撮影において移動による誤測定の可能性を最小化して、測定に要求される光源以外の光を遮断するように暗室構造物である漏光防止部を具備することで、蛍光映像測定に障害要素を除去し、潅流量の機能的特性において高い空間的敏感度を有することができ、特定領域の潅流量の機能的測定が可能であるなどの効果を得ることができる。
１：下肢潅流量測定装置
１０：漏光防止部
１１：発光装置
１３：下肢固定部
１３ａ：下肢固定台
１３ｂ：足板
１５：漏光防止ハウジング
３０：データ獲得部
３１：帯域通過フィルター
３３：ＣＣＤカメラ
４０：データケーブル
５０：データ処理部
５１：数値化手段
５３：決定手段
５５：潅流量演算手段
７０：データ出力部
７１：蛍光映像
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１３ａ：下肢固定台
１３ｂ：足板
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３３：ＣＣＤカメラ
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７０：データ出力部
７１：蛍光映像
Claims (6)
- ＩＣＧが注入された生体に一定波長の光を照射する発光装置と、外部光の透過を遮断するように形成された漏光防止ハウジングを含む漏光防止部、
前記ＩＣＧ及び発光装置によって発散される蛍光信号の中で近赤外線波長のみを通過させる帯域通過フィルターと、近赤外線領域を撮影することができるＣＣＤカメラを含むデータ獲得部、
該データ獲得部に接続されたデータケーブルを通じて近赤外線波長領域のデータで生体の潅流量を算出するデータ処理部、
該データ処理部の潅流量によって既決定された色を指定して領域別に彩色して潅流量を映像的に出力するデータ出力部、
を含む下肢潅流量測定装置。 - 前記漏光防止ハウジングが、生体の下肢を固定することができる構造物である下肢固定部をさらに含み得ることを特徴とする請求項１に記載の下肢潅流量測定装置。
- 前記固定部が、生体の両下肢を固定することができる一定幅及び一定高さを有する下肢固定台及び生体の足を乗せられる足板を含むことを特徴とする請求項１に記載の下肢潅流量測定装置。
- 前記発光装置が、７５０〜７８０ｎｍの波長を有するレーザーまたは前記波長領域の帯域通過フィルターを有する白色光源及び発光ダイオードであることを特徴とする請求項１に記載の下肢潅流量測定装置。
- 前記発光装置は、一つ以上多数個具備することができ、強度の調節が可能であることを特徴とする請求項１に記載の下肢潅流量測定装置。
- 前記データ処理部が、
前記データケーブルを通じて入力されるデータを関心地域で時間による部位別蛍光強度に処理するための数値化手段、
前記処理された時間による蛍光強度から各部位別虚血パターン認識と隣接部位との相関係数を算出する決定手段、
該決定手段から入力したデータで潅流量を算出する潅流量演算手段、
を含んでなることを特徴とする請求項１に記載の下肢潅流量測定装置。
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