JP5470231B2 - 生体光計測システム、生体光計測装置及び計測位置検出方法 - Google Patents
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Description
当該特許文献1では、異なる変調周波数の光を発生する変調半導体レーザと、発生した光を生体頭部に誘導し、照射する照射用光ファイバと、生体を通過した光を集光する検出用光ファイバと、照射用及び検出用光ファイバの先端部分を生体頭部の所定位置に固定する計測プローブと、検出用ファイバから出力される生体通過光強度を表す電気信号から波長及び照射位置に対応する反射光強度をそれぞれ分離するロックインアンプと、ロックインアンプの出力をデジタル信号に変換するA/D変換器と、A/D変換後の生体通過光強度信号から計測点毎の酸化及び還元ヘモグロビン濃度の相対変化量を計算し、この相対変化量を生体通過光強度画像(トポグラフィ画像)として表示する技術について開示されている。
または、手作業で計測機器を配置した場合は、誤差が生じてしまう。
さらに、計測対象を傷つけないために計測機器に柔軟性を持たせている場合は、計測機器と計測対象との接触状態が不安定になるため、計測位置は計測の度に検討することが必要である。
仮に、計測機器の位置が、保持具の形状と計測対象との位置関係から推定できる可能性があったとしても、特に頭部を計測対象とした場合には、毛髪あるため、正確な計測対象の位置推定が困難である。
計測対象である生体は柔軟性があり、また形状が不均一であるため、接触状態を最適に保つために、ばね機構(103)によりプローブ(105)は常に一定の圧力で計測対象に接している。しかし、計測プローブ(105)と計測対象との結合状態は非常に弱いものである。このために、プローブ(105)が接している計測対象の位置(106)(以降、計測点とする)は不確定性が高くなってしまう。
そこで本実施例では、プローブ(105)の後端にマーカ(101)を取り付けることとする。マーカ(101)はプローブ(105)の先端位置を外見から推定可能なように、プローブ先端部への方向を示し、さらにプローブ先端部までの距離を推定可能とする。
図2ではマーカの先端部(201)は球状であり、その下部にプローブ後端と接続されたプローブ軸(202)がある。プローブはホルダ(202)によりおおわれており、内部の状態は不明である。これをキャップ(204)に装着して用いる。
また、目印(605)の色を変える代わりに、形状を変化させても良い。例えば目印位置に三角錐を備えることによりプローブ軸が重なった場合でも認識が可能となる。
撮影は位置を変え、すべてのプローブが複数回撮影されるように行う。
この時、撮影位置の変更について詳しい情報が正確に求められる場合はそれらの情報を用いるが、撮影位置の変更の情報がない場合は、撮影された2枚以上の画像から推定する。マーカ位置推定は三角測量の要領で算出することができる。しかし、撮影時の位置情報が得られない場合には、画像中の寸法や位置関係の実測値が既知のものを手掛かりとして、位置情報を推定する。
画像処理ではまず、色の閾値処理によりマーカ画像を抽出する。このとき、色の閾値処理のみではマーカ画像の抽出が困難な場合は、手動での調整を可能としても良い。
ここで、図では先端部は球状であるが、三角柱など、3次元的な形状認識を考慮した別の形状のものを用いてもよい。つぎに、あらかじめ記録しておいたマーカ先端部重心(701)と計測点(706)との距離から、マーカベクトル(705)を導出し、計測点(706)の位置を導出する。
これを全てのプローブに対し行い、結果を3次元モデルとして画面に表示する。
この際、視認性を高めるために実際の写真画像を3次元化し、背景として重ねて表示しても良い。通常の光トポグラフィ計測では、プローブは複数を同時に用いて計測する。
そして、それぞれのプローブ同士の隣接関係をあらかじめ決めてから計測を行う。
そこで、このプローブ同士の隣接関係を記録した隣接情報と、全プローブの導出した計測点をと比較し、画像処理が行われていない、不良計測点がある場合は警告を出し、写真の再撮影を促す。ここで、隣接情報とはプローブ間距離がある所定範囲に収まるという拘束条件を意味する。
なぜならば、図7に示すように、理想的な計測点(405)を実際の計測点とする場合には、プローブは補助線(401)に完全に沿って設置されている必要があるが、キャップ(402)と頭部(404)との位置関係は柔軟な固定法であるがゆえに不定性があり、頭表面法線ベクトル(403)と垂直に設置することは困難だからである。現実には理想の計測点(502)とは少しずれた計測点(501)を計測点としてしまうからである。
このとき、所定のプローブ間距離は頭表と大脳皮質までの距離が計測点ごとに異なることを考慮して、個別に設定可能としても良い。また、MRI画像などがある場合は、自動的に最適なプローブ間距離を算出して用いても良い。警告画面では、プローブの調整すべき方向と距離を矢印の向きと長さをプローブ位置に重ねて表示することで視認性を高めることもできる。警告の表示後、必要であればプローブの再装着を促す。
本発明による位置決定手法を用いることによって、上記内容を簡便に実現することが可能となる。具体的には、プローブのマーカに対する画像処理と同様に、これらの頭部基準点に設置されたマーカから基準点の座標を算出する。算出結果を3次元画像として画面に表示することにより利用者の視認性を高めることができる。
標準脳座標系で示された座標は、脳機能領野との対応付けがあらかじめなされているものであるから、実際の計測点がどの脳機能領野上にあるかを導出することが可能である。上記の変換方法は、非特許文献2に詳細が記されている。
102 プローブホルダ部
103 バネ部
104 プローブ保持キャップ部
105 プローブ部
106 計測点
201 マーカ後端部
202 マーカ軸部
203 プローブホルダ部
204 プローブ保持キャップ部
301 短いマーカ軸部
601 マーカ後端部
602 マーカ軸部
603 プローブホルダ部
604 プローブ保持キャップ部
605 色の異なるプローブ軸目印部
701 マーカ後端重心位置
702 マーカ軸算出位置
703 マーカ方向ベクトル
704 マーカベクトル
705 計測点
401 マーカ軸補助線
402 プローブ保持キャップ部
403 頭表面法線ベクトル
404 頭部被検体
405 計測点
501 算出されたずれのある計測点
502 計測点
Claims (11)
- 発生した光を生体頭部に誘導し、照射する光照射用光ファイバと、生体を通過した光を集光する検出用光ファイバと、照射用及び検出用光ファイバの先端部分を先端側で保持し生体頭部の所定位置に夫々固定し、その後端側にマーカ部材を保持する複数のプローブと、
当該プローブが固定された状態を撮影出来る撮像部と、
当該撮像された画像を処理する演算部と、記憶部とを備え、
前記演算部は、前記撮像部により撮像された前記プローブが固定された状態の画像を基に、前記マーカの先端部重心とマーカ軸方向を算出してマーカ方向ベクトルを求め、当該マーカ方向ベクトルと、前記記憶部にあらかじめ記憶されたマーカ先端部重心と計測点との距離情報から、マーカベクトルを導出し、計測点の位置情報を導出することを特徴とする生体光計測システム。 - 請求項1に記載の生体光計測システムにおいて、
前記マーカは、マーカ軸よりも後端部形状が大きなマーカ端部を備えることを特徴とする生体光計測システム。 - 請求項2に記載の生体光計測システムにおいて、
前記マーカ軸の長さが、隣接するマーカ軸と異なることを特徴とする生体光計測システム。 - 請求項2に記載の生体光計測システムにおいて、
前記マーカ軸にマーカ軸の色とは異なる色の目印を備えることを特徴とする生体光計測システム。 - 請求項1に記載の生体光計測システムにおいて、導出したプローブと被検体とが接する位置が複数の位置である場合に、それぞれの距離が所定の範囲を超える場合に警告を発する提示部を備えることを特徴とする生体光計測システム。
- 発生した光を生体頭部に誘導し、照射する光照射用光ファイバと、生体を通過した光を集光する検出用光ファイバと、照射用及び検出用光ファイバの先端部分を先端側で保持し生体頭部の所定位置に夫々固定するプローブとを少なくとも有する生体計測装置を用いた測定位置計測方法において、
前記プローブの夫々は、その後端側にマーカ部材を保持しており、
当該プローブが固定された状態の画像を基に、前記マーカの先端部重心とマーカ軸方向を算出してマーカ方向ベクトルを求め、当該マーカ方向ベクトルと、あらかじめ記憶されたマーカ先端部重心と計測点との距離情報から、マーカベクトルを導出し、計測点の位置情報を導出することを特徴とする測定位置計測方法。 - 発生した光を生体頭部に誘導し、照射する光照射用光ファイバと、生体を通過した光を集光する検出用光ファイバと、照射用及び検出用光ファイバの先端部分を先端側で保持し生体頭部の所定位置に夫々固定し、その後端側にマーカ部材を保持する複数のプローブと、
当該プローブが固定された状態が撮影された画像を読み取る読取部と、
当該撮像された画像を処理する演算部と、記憶部とを備え、
前記演算部は、前記撮像部により撮像された前記プローブが固定された状態の画像を基に、前記マーカの先端部重心とマーカ軸方向を算出してマーカ方向ベクトルを求め、当該マーカ方向ベクトルと、前記記憶部にあらかじめ記憶されたマーカ先端部重心と計測点との距離情報から、マーカベクトルを導出し、計測点の位置情報を導出することを特徴とする生体光計測装置。 - 請求項7に記載の生体光計測装置において、
前記マーカは、マーカ軸よりも後端部形状が大きなマーカ端部を備えることを特徴とする生体光計測装置。 - 請求項8に記載の生体光計測装置において、
前記マーカ軸の長さが、隣接するマーカ軸と異なることを特徴とする生体光計測装置。 - 請求項8に記載の生体光計測装置において、
前記マーカ軸にマーカ軸の色とは異なる色の目印を備えることを特徴とする生体光計測装置。 - 請求項7に記載の生体光計測装置において、導出したプローブと被検体とが接する位置が複数の位置である場合に、それぞれの距離が所定の範囲を超える場合に警告を発する提示部を備えることを特徴とする生体光計測装置。
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