JP6356246B2 - 生体組織診断装置及び生体組織診断装置の作動方法 - Google Patents
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Description
本発明は、生体組織診断装置及び方法に関し、より詳細には、映像造影剤を注入した生体の対象組織から放散されるエネルギーを撮影した映像データを分析し、該当対象組織の管または灌流の異常有無を正確に診断できるようにする生体組織診断装置及び方法に関する。
組織の血液灌流を定量的に測定する方法として、現在、臨床では単一光子放射断層撮像法（ＳＰＥＣＴ）、陽電子放射断層撮像法（ＰＥＴ）、磁気共鳴血管造影法（ＭＲＩ ａｎｇｉｏｇｒａｐｙ）などが用いられている。しかし、これらの方法に使用される装備及び検査費用は高価であり、その検査過程が煩雑なため、これらの方法は、心臓や脳などの生命と直結した組織の血液灌流測定のみに用いられている実情にある。
そのため、高齢化社会で高血圧、糖尿、成人病などの疾病は継続的に増加する趨勢にあり、これが生活の質の低下に莫大な影響をもたらすにもかかわらず、生体組織の血流を機能的及び定量的に測定する技術が存在しない状態である。
現在、臨床で下肢の末梢動脈疾患を測定する方法であるＣＴ―血管造影法（ａｎｇｉｏｇｒａｐｈｙ）は、映像を通じて解剖学的血管構造に対する情報を獲得し、これを通じて組織の灌流を推定する方法であって、血流に対する正確な情報を与えることはできない。また、足関節上腕血圧比（Ａｎｋｌｅ―Ｂｒａｃｈｉａｌ Ｉｎｄｅｘ（ＡＢＩ））技法は、腕と脚の血圧を測定し、その比率を通じて脚の動脈の異常有無を測定する方法であって、下肢末梢動脈疾患が疑われる患者に対して施行されている。しかし、この方法は、動脈に石灰化があったり側副動脈（ｃｏｌｌａｔｅｒａｌ ａｒｔｅｒｙ）が多く発達した場合は、実際の組織灌流程度より低い灌流と診断するエラーを犯すという問題点がある＜Ｋａｓｈｙａｐ ＶＳ、２００８；Ｌｕｅｔｋｅｍｅｉｅｒ ＭＪ、２００１＞。また、動物実験を通じた血管／リンパ管系機能の研究及び血管／リンパ管疾患と関連した治療薬物の開発研究などのための定量的血流測定方法を提示する技術がない。
既存のインドシアニングリーン（Ｉｎｄｏｃｙａｎｉｎｅ ｇｒｅｅｎ、ＩＣＧ）を用いた血管造影術（ＩＣＧ ａｎｇｉｏｇｒａｐｈｙ）は、既に安全性が立証され、移植された肌の血管形成や糖尿患者の眼球新生血管程度の測定に臨床的に使用されている。
ＩＣＧは、７３０ｎｍ〜７９０ｎｍの近赤外線を受け、より長い波長である８００ｎｍ〜８６０ｎｍの近赤外線領域の蛍光を出し、これをカメラや分光計で測定することができる。近赤外線は、高い透過性を有し、光の散乱が少ないので、最近では、人体映像技術のために多く研究されている分野である。
Kashyap VS, Pavkov ML, Bishop PD, Nassoiy SP, Eagleton MJ, et al. (2008) Angiography underestimates peripheral atherosclerosis: lumenography revisited. J Endovasc Ther 15: 117-125.
Luetkemeier MJ, Fattor JA (2001) Measurement of Indocyanine Green dye is improved by use of polyethylene glycol to reduce plasma turbidity. Clin Chem 47: 1843-1845.
本発明が達成しようとする技術的課題は、映像造影剤を注入した生体の対象組織、特に、血管やリンパ管などの管が肌の近くに分布されており、近赤外線の撮影が容易な末梢組織及び頚動脈部分などを一定時間連続して映像撮影することによって、前記対象組織の管や灌流の異常有無を正確に診断できるようにした生体組織診断装置及び方法を提供することにある。
また、本発明は、生体内の一部分または複数の組織、より詳細には、両手及び両足を同時に撮影したり、または少なくともいずれか一つを選択的に撮影し、血管やリンパ管の異常を診断することによって複合診断を通じた精密な診断を行うことができ、その結果、診断時間を減少できる生体組織診断装置及び方法を提供することにある。
本発明の一側面によると、本発明は、映像造影剤が注入された生体内の少なくとも一つの対象組織に造影剤励起エネルギーをそれぞれ照射する少なくとも一つの照光部；前記少なくとも一つの対象組織からそれぞれ放散されるエネルギーを撮像する少なくとも一つの検査部；及び前記少なくとも一つの検査部によって撮像された映像データに基づいて前記少なくとも一つの対象組織の管または灌流の異常有無を判断する判断部；を含むことを特徴とする、生体組織診断装置を提供する。
本発明において、前記判断部は、前記撮像された映像データの経時的変化をパターン化するパターン処理部；パターン化されたデータに基づいて少なくとも一つの特性値を算出する特性値演算部；及び前記少なくとも一つの特性値または二つ以上の前記特性値の組み合わせに基づいて前記少なくとも一つの対象組織の管または灌流の異常有無を診断する診断部；を含むことを特徴とする。
本発明において、前記対象組織は複数であり、前記診断部は、各対象組織別の前記特性値の比較を通じて異常対象組織をさらに診断することを特徴とする。
前記異常対象組織の診断時、前記判断部は、前記対象組織別の各特性値の予め設定された正常分布範囲から逸脱する特性値に対応する対象組織を異常対象組織と診断することを特徴とする。
本発明において、前記対象組織別の各特性値が、正常群または異常群の管や灌流でそれぞれ取得される場合、前記正常群または異常群に含まれた一つ以上の特性値の組み合わせ値は、該当の各群を８０％以上の敏感度及び特異度で区分することを特徴とする。
本発明において、前記少なくとも一つの特性値は、前記映像データから得られる前記対象組織での特定物理値の経時的変化から獲得され；前記少なくとも一つの特性値は、前記物理値の初期検出時点から前記物理値が最高になるときまでの時間、前記物理値が一定時間に対して増加または減少する勾配、前記物理値が基準値以上に維持される時間、前記物理値の初期検出時点から前記物理値が基準勾配以上に上昇する前までの時間、及び前記物理値が前記基準値未満に低下し始める時点から前記物理値の最終検出時点までの時間のうち少なくとも一つを含むことを特徴とする。
本発明において、前記映像造影剤は、インドシアニングリーン（ＩＣＧ； Ｉｎｄｏｃｙａｎｉｎｅ Ｇｒｅｅｎ）色素であることを特徴とする。
本発明において、前記各検査部は、前記映像造影剤から放散されるエネルギーの近赤外線領域を通過させるフィルター部材；及び前記フィルター部材を通過する近赤外線領域を撮像する撮像部材；を含むことを特徴とする。
本発明において、前記検査部は、一つ以上の生体組織を独立個別的に検査するために同一の個数に複数個設けられており、前記各検査部に含まれた前記撮像部材は、制御部によって稼動時間が制御されることを特徴とする。
本発明において、前記撮像部材の稼動時間は、撮像開始時点から、前記映像造影剤から近赤外線放散が測定されなくなるときまでの時間以内であり、前記撮像部材は、設定時間間隔で撮像するように制御されることを特徴とする。
本発明において、前記少なくとも一つの対象組織の管または灌流の異常を判断する前記判断部は、判断された管または灌流の異常有無の診断結果を一つ以上の数値や灌流マップで提示することを特徴とする。
本発明に係る生体組織診断装置は、外部からの光を遮断し、映像の明暗を明らかにするための暗室をさらに含み、前記各照光部は、前記造影剤励起エネルギーを照射する照明部材を含み、前記暗室は、前記照明部材及び前記検査部を収容することを特徴とする。
また、本発明の他の側面によると、本発明は、少なくとも一つの照光部が、映像造影剤が注入された生体内の少なくとも一つの対象組織に造影剤励起エネルギーをそれぞれ照射するステップ；少なくとも一つの検査部が前記少なくとも一つの対象組織からそれぞれ放散されるエネルギーを撮像するステップ；及び判断部が前記少なくとも一つの検査部によって撮像された映像データに基づいて前記少なくとも一つの対象組織の管または灌流の異常有無を判断するステップ；を含むことを特徴とする、生体組織診断方法を提供する。
本発明において、前記少なくとも一つの対象組織の管または灌流の異常有無を判断するステップは、前記撮像された映像データの経時的変化をパターン化するステップ；パターン化されたデータに基づいて少なくとも一つの特性値を算出するステップ；及び前記少なくとも一つの特性値または二つ以上の前記特性値の組み合わせに基づいて前記少なくとも一つの対象組織の管または灌流の異常有無を診断するステップ；を含むことを特徴とする。
本発明において、前記対象組織は複数であり、前記少なくとも一つの対象組織の管または灌流の異常有無を判断するステップは、各対象組織別の前記特性値の比較を通じて異常対象組織を診断するステップをさらに含むことを特徴とする。
本発明において、前記異常対象組織を診断するステップにおいて、前記判断部は、前記対象組織別の各特性値の予め設定された正常分布範囲から逸脱する特性値に対応する対象組織を異常対象組織として診断することを特徴とする。
本発明において、前記少なくとも一つの特性値は、前記映像データから得られる前記対象組織における特定物理値の経時的変化から得られ、前記少なくとも一つの特性値は、前記物理値の初期検出時点から前記物理値が最高になるときまでの時間、前記物理値が一定時間に対して増加または減少する勾配、前記物理値が基準値以上に維持される時間、前記物理値の初期検出時点から前記物理値が基準勾配以上に上昇する前までの時間、及び前記物理値が前記基準値未満に低下しはじめる時点から前記物理値の最終検出時点までの時間のうち少なくとも一つを含むことを特徴とする。
本発明に係る生体組織診断装置及び方法は、映像造影剤を注入した生体の対象組織、特に、血管／リンパ管が肌の近くに分布されており、近赤外線の撮影が容易な末梢組織及び頚動脈部分などを一定時間連続的に映像撮影することによって、前記対象組織の管や灌流の異常有無を正確に診断できるようにする。
また、本発明に係る生体組織診断装置及び方法は、生体内の一部分または複数の組織、より詳細には、両手及び両足を同時にまたは少なくともいずれか一つを選択的に撮影して血管やリンパ管の異常を診断することによって、複合診断を通じた精密な診断を行うことができ、これによって診断時間を減少させることができる。
以下では、添付の図面を参考にして本発明の実施例に対して本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。しかし、本発明は、様々な異なる形態に具現することができ、ここで説明する実施例に限定されるものではない。なお、図面において、本発明を明確に説明するために説明と関係のない部分は省略し、明細書全体にわたって類似する部分に対しては類似する図面符号を付した。
明細書全体において、一つの部分が一つの構成要素を「含む」とするとき、これは、特別に反対の記載がない限り、他の構成要素を除外するのではなく、他の構成要素をさらに含み得ることを意味する。
図１は、本発明の一実施例に係る生体組織診断装置の斜視図で、図２は、本発明の一実施例に係る生体組織診断装置の断面図で、図３は、本発明の一実施例に係る生体組織診断装置の概略的構成を示したブロック図である。
そして、図４は、本発明の一実施例に係る生体組織診断方法を説明するためのフローチャートで、図５及び図６は、本発明の一実施例に係る生体組織診断装置で足の血流を検査する概略図である。
図７は、本発明の一実施例に係る生体組織診断装置によって血流が正常な人の足に投与された映像造影剤の蛍光強さの経時的変化をパターン化して示したグラフである。
図８は、パターン化されたデータの比較のためにパターンの特徴を規定する手段である各特性値のうちオンセット（Ｏｎｓｅｔ）、Ｔmax、プラトー（Ｐｌａｔｅａｕ） Ｔmax、スロープ（Ｓｌｏｐｅ）を選定する方法に対する模式図である。
図９は、本発明の一実施例に係る生体組織診断装置によって血流が正常な人の手と足の血流をパターン化して示したグラフで、図１０は、本発明の一実施例に係る生体組織診断装置によって血流が非正常な人の手と足の血流をパターン化して示したグラフで、図１１は、生体内の複数の対象組織に対する蛍光強さのパターン化されたグラフに基づいて異常がある対象組織を診断する方法を説明するための参考図である。
図１〜図３に示したように、本実施例に係る生体組織診断装置は、映像造影剤を生体組織に注入し、血流と血管などの管や灌流の異常を診断する設備である。本実施例に係る生体組織診断装置は、映像造影剤が注入された生体内の少なくとも一つの対象組織に造影剤励起エネルギーをそれぞれ照射する少なくとも一つの照光部１１０；前記生体の映像造影剤から放散されるエネルギーを撮像する少なくとも一つの検査部１２０；及び前記少なくとも一つの検査部１２０によって撮像された映像データに基づいて前記少なくとも一つの対象組織の管または灌流の異常有無を判断する判断部１３０；を含んで構成される。
ここで、判断部１３０は、前記撮像された映像データの経時的変化をパターン化するパターン処理部１３２；パターン化されたデータに基づいて少なくとも一つの特性値を算出する特性値演算部１３４；及び前記少なくとも一つの特性値または二つ以上の前記特性値の組み合わせに基づいて前記少なくとも一つの対象組織の管または灌流の異常有無を診断する診断部１３６；を含む。
本実施例において、生体は、動物や人を意味するが、便宜上、人の身体の一部で図示する。
併せて、本実施例において、対象組織（生体組織）は、例えば、指の先端の微細血管、及び足指の先端の微細血管である。
したがって、本実施例に係る生体組織診断装置１００は、両手の指の微細血管を同時に検査または診断したり、または片方の手の指の微細血管を検査または診断することができる。そして、本実施例に係る生体組織診断装置１００は、両足の足指の微細血管を同時に検査または診断したり、または、片方の足の足指の微細血管を検査または診断することができる。
併せて、本実施例に係る生体組織診断装置１００は、手指の微細血管と足指の微細血管を同時に検査または診断したり、または手指の微細血管及び足指の微細血管のうちいずれか一つを検査または診断することができる。
すなわち、本実施例に係る生体組織診断装置１００は、生体内の複数の対象組織の灌流（血流、リンパ類）または管（血管、リンパ管）を同時にまたは個別的に検査及び／または診断することができる。
照光部１１０は、映像造影剤が注入された生体内の対象組織に光を照射する役割をする。特に、映像造影剤（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｉｍａｇｉｎｇ ｃｏｎｔｒａｓｔ ａｇｅｎｔ）は、近赤外線蛍光造影剤であって、蛍光色素であるポリメチン（ｐｏｌｙｍｅｔｈｉｎｅ）色素にすることが好ましく、特に近赤外線（ｎｅａｒ―ｉｎｆｒａｒｅｄ）色素にすることが好ましい。特に、映像造影剤は、インドシアニングリーン（ＩＣＧ；Ｉｎｄｏｃｙａｎｉｎｅ Ｇｒｅｅｎ）色素であってもよい。
ここで、映像造影剤は、経口的にまたは非経口的に生体に投与される。
図１〜図３に示したように、照光部１１０は、ケーシング１１２及び照明部材１１４を含んで構成される。ケーシング１１２は、外部光の流入を遮断し、映像の明暗を明確にするための暗室１１６を備えている。暗室１１６は、生体を収容する空間としての役割をする。
このとき、ケーシング１１２は、複数の生体を同時に収容するように暗室１１６を複数備えてもよい。特に、複数の暗室１１６は、一つのケーシング１１２に備えられてもよく、ケーシング１１２に１対１に対応するように備えられてもよい。
便宜上、本実施例では、図１に示したように、ケーシング１１２が２個備えるように示され、暗室１１６は、ケーシング１１２のそれぞれに一対ずつ備えるように示される。これは、生体の各部分である両手と両足を同時に暗室１１６に収容できるようにするためである。もちろん、各ケーシング１１２は多様な形状に構成できるとともに、多様な材料にて作成できる。
このとき、２個のケーシング１１２は、フレーム１１９に支持された状態で連結されて一体化されることが好ましい。もちろん、フレーム１１９は、多様な形状に構成できるとともに、多様な材料にて作成できる。
そして、照明部材１１４は、ケーシング１１２部分のうち暗室１１６の内部に該当する位置に備えられ、暗室１１６に収容された生体組織を照明する役割をする。
照明部材１１４は、映像造影剤、特にインドシアニングリーン（ＩＣＧ）色素を注射した生体に一定波長の励起エネルギー（光）を発光するものであるが、ＩＣＧを注射した生体の対象組織内のＩＣＧを活性化し、該当対象組織（生体組織）からの蛍光信号を観察できるようにする役割を果たす。
ここで、照明部材１１４から照射される励起エネルギー（光）は７５０ｎｍ〜７８０ｎｍの範囲の中心波長を有するが、この波長は近赤外線領域であって、この波長の近赤外線はＩＣＧ注入による蛍光観察のために照射される。照明部材１１４としては、この波長のエネルギーを放散する発光ダイオードまたはレーザーを用いることができる。
照明部材１１４は、映像造影剤を発光させる近赤外線照明部材の他に、生体の暗室１１６内の固定部材１１８への支持状態をモニタリングできるようにする白色光線照明部材を含んでもよい。
特に、照明部材１１４は、暗室１１６に１対１に対応するように設けてもよく、制御部１４０の制御によって照明時間を異ならせるように調整してもよい。すなわち、制御部１４０は、各暗室１１６に備えられた照明部材１１４を制御し、対応する生体の対象組織（生体組織）に励起エネルギーが照射される時間を異ならせるように制御することができる。もちろん、制御部１４０は、全ての照明部材１１４が同時に消灯及び点灯されるように制御することもできる。
併せて、暗室１１６のそれぞれの内部には固定部材１１８が備えられる。固定部材１１８は、対応する生体部分を固定する役割をするが、座った状態、横たわった状態、または横向きに横たわった状態で全て撮影が可能になるように変形してもよい。特に、固定部材１１８は、対応する生体部分、すなわち、手または足を支持できるように多様な形状に構成できるとともに、多様な材料にて作成することができる。
一方、検査部１２０は、生体の対象組織に照射される光によって前記各対象組織（映像造影剤）から放散される近赤外線領域のエネルギー（蛍光信号）を撮像する役割をする。特に、検査部１２０は、フィルター部材１２２及び撮像部材１２４を含んでもよい。
フィルター部材１２２は、暗室１１６のそれぞれに対応するようにケーシング１１２の内部に備えられ、各対象組織（映像造影剤）から放散されるエネルギー（蛍光信号）のうち主に近赤外線領域を通過させる役割をする。通過させる近赤外線領域の範囲は、フィルター部材１２２の仕様やシステム要求条件によって多様に設定することができる。すなわち、フィルター部材１２２は、照明部材１１４から照射された光によって対応する対象組織（生体組織）から発生する蛍光信号のうち一定波長範囲の光を通過させる。具体的には、照明部材１１４によって生体から出る蛍光信号のうち８００ｎｍ〜８５０ｎｍの近赤外線波長のみを通過させる役割をする。
フィルター部材１２２としては、白色光に近赤外線波長のみが照射されるようにバンドパスフィルター（ＢＰＦ：Ｂａｎｄ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）を採用することができる。また、フィルター部材１２２は、暗室１１６のそれぞれに対して一つ以上設けることができ、位置調節可能であり、近赤外線波長を有するエネルギー（蛍光信号）の強度を調節することができる。
併せて、撮像部材１２４は、暗室１１６のそれぞれの内部に備えられ、フィルター部材１２２を通過する近赤外線領域のエネルギー（蛍光信号）を撮像する役割をする。特に、撮像部材１２４は、フィルター部材１２２を通過した光を感知してデジタル信号に変換させるが、映像を電気信号に変換することによって、アナログ映像をデジタルデータに変換して格納媒体に格納する。撮像部材１２４の一例としては、デジタルカメラの種類のうち電荷結合素子カメラ（ＣＣＤ、Ｃｈａｒｇｅ―Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ ｃａｍｅｒａ）を採用することができる。撮像部材１２４は、検査部１２０に入力されてフィルター部材１２２を通過した蛍光信号を撮影し、これをデジタルデータの形態に変換して出力する。
検査部１２０と照明部材１１４は、近接するように配置してもよく、検査部１２０は、照光部１１０のケーシング１１２内で対応する対象組織（生体組織）を撮影できるように配置される。
特に、一つ以上の対象組織を個別独立して検査するために、複数のフィルター部材１２２と複数の撮像部材１２４とを同一の個数で設けて、それぞれ対応する暗室１１６の内部に設置してもよい。
一方、複数のフィルター部材１２２と複数の撮像部材１２４は、稼動時間を制御する制御部１４０に接続される。すなわち、制御部１４０は、それぞれの暗室１１６の内部に備えられる検査部１２０全体の稼動時間を制御する。言い替えると、制御部１４０は、互いに異なる撮像部材１２４の稼動時間を同一に制御してもよく、稼動時間を異ならせるように制御してもよい。
また、撮像部材１２４の稼動時間は、撮像開始時点から、前記映像造影剤からの近赤外線放散が測定されなくなるまでの時間以内に設定してもよく、撮像部材１２４は、設定時間間隔で撮像するように制御してもよい。特に、撮像部材１２４は、数ミリ秒〜１０秒の間隔で撮像制御することが好ましい。このとき、撮像部材１２４の稼動時間は、映像造影剤の種類や投与量、外部温度などによって変わり得る。すなわち、撮像部材１２４は、１０秒以内の範囲でその稼働間隔が調整されてもよい。
一方、判断部１３０は、検査部１２０によって撮像された映像データ（近赤外線領域の結果データ）を通じて生体内の対象組織の灌流及び／または管の異常を判断する役割をする。
このとき、判断部１３０は、検査部１２０からデジタルデータの入力を受けるための入力装置（図示せず）をさらに備えてもよく、図５及び図６に示したように、データを出力するための出力装置１３８を判断部１３０に接続したり、判断部１３０に備えてもよい。
ここで、検査部１２０から出力されるデジタルデータは、無線通信や有線通信などを介して判断部１３０に伝達されるが、そのためにＲＳＣ ２３２、並列ポート、ＩＥＥＥ １９３４またはＵＳＢなどを用いることが好ましい。
判断部１３０は、パターン処理部１３２、特性値演算部１３４及び診断部１３６を含んで構成される。
パターン処理部１３２は、生体の検査部位別の対象組織や対象領域（ＲＯＩ；Ｒｅｇｉｏｎ Ｏｆ Ｉｎｔｅｒｅｓｔ）に対して撮像された映像データの経時的変化をパターン化する役割をする。
そして、特性値演算部１３４は、パターン化された各結果データから灌流状態（例えば、血流状態）から反映される多様な特性値（ｆｅａｔｕｒｅ ｖａｌｕｅ）を算出する役割をし、診断部１３６は、算出された多様な特性値または二つ以上の前記特性値の組み合わせを通じて該当対象組織の管または灌流の異常有無（例えば、血管系疾患）を診断する役割をする。
言い替えると、パターン処理部１３２は、入力された信号を処理して、対象組織での蛍光強さの経時的変化として、入力信号をパターン化し、特性値演算部１３４は、処理された蛍光強さの経時的変化パターンから部分別の特性値を算出し、診断部１３６は、特性値演算部１３４からのそれぞれの特性値または二つ以上の前記特性値の組み合わせを用いて対象組織の管または灌流の異常有無を診断したり、灌流程度を算出する。
このように、判断部１３０は、生体内に注入されたＩＣＧの時間の流れにおける各部分別ＩＣＧ蛍光強さを測定し、各部分に対するパターン分析及び管（灌流）の異常有無診断を行う。
判断部１３０は、それぞれの暗室１１６に備えられる検査部１２０と１対１に対応するように備えられてもよく、一つの判断部を複数の検査部１２０に接続してもよい。併せて、検査部１２０は制御部１４０に接続される。
制御部１４０は、生体の互いに異なる対象組織（生体組織）別に対応して備えられる照光部１１０と検査部１２０を制御すると同時に、判断部１３０を制御し、照光部１１０の各構成要素と検査部１２０の各構成要素の稼動時間を調節する役割をする。
本実施例において、前記特性値は、対象組織や対象領域（ＲＯＩ）での結果データの経時パターンを特徴付けることができる一つの実数に変換される因子（ｆａｃｔｏｒ）であり、判断部１３０は、特性値の比較を通じて対象領域の血流を計算することができる。前記特性値は、検査部１２０からの映像データから得られる対象組織での特定物理値（例えば、ＩＣＧ蛍光強さ）の経時的変化から得ることができる。
併せて、対象組織別の特性値が、正常群または異常群の管や灌流から取得される場合、前記正常群または異常群に含まれた一つ以上の特性値の組み合わせ値は、該当の各群を８０％以上の敏感度及び特異度で区分することができる。
照明部材１１４、フィルター部材１２２及び撮像部材１２４をそれぞれ収容する複数の暗室１１６では、互いに異なる複数の対象組織（生体組織）が同時に撮像され、判断部１３０は、複数の対象組織に対して算出された各特性値を相互比較分析し、管や灌流（血管、血流）の正常有無を診断する。
図５及び図６は、生体内の一つの部位である足の血流を検査する状態図である。図５及び図６で説明書きの付されていない図面符号は、既に説明したとおりである。
生体の血流と血管の異常を判断する判断部１３０は、判断された血流及び血管の異常有無診断結果によって糖尿患者の血管合併症の発病有無またはリンパ管疾患の発生有無を診断することができる。そして、判断部１３０は、判断された血流及び血管の異常有無診断結果によって動脈硬化及び狭窄、特に冠状動脈、頚動脈、大腿動脈、前脛骨動脈、後脛骨動脈での動脈硬化及び狭窄症の発病有無を診断することもできる。併せて、判断部１３０は、判断された血流及び血管の異常有無診断結果によって手足冷え症、レイノー病、及びレイノー症候群を診断することができる。このとき、判断部１３０は、判断された血流及び血管の異常有無診断結果を一つ以上の数値や灌流マップで提示することが好ましい。
このように、判断部１３０は、パターン処理部１３２、特性値演算部１３４及び診断部１３６を通じて糖尿患者の血管合併症の発病有無またはリンパ管疾患の発生有無を判断することができ、動脈硬化及び狭窄、特に冠状動脈、頚動脈、大腿動脈、前脛骨動脈、後脛骨動脈での動脈硬化及び狭窄症の発病有無を判断することができ、手足冷え症、レイノー病、及びレイノー症候群を診断することができる。
そして、判断部１３０を通じて判断または診断された結果値は、一つ以上の数値や灌流マップで提示されることによって、ユーザーや患者が容易に解釈または理解することができる。
本実施例において、管や灌流（例えば、血管、リンパ管、血流、リンパ類など）の異常有無を判断する基準になる特性値は、次のような過程によって数式化される。
実施例において、体内へのＩＣＧ注入と同時に、足の甲のＩＣＧ蛍光強さの変化を１／５Ｈｚで１０分間撮像し、最も強い蛍光明るさを１にしてパターン化したグラフ（図７参照）を作成する。
図８は、血流が正常な人の蛍光強さの経時的変化を示したグラフであって、特性値であるＴmax、プラトー（Ｐｌａｔｅａｕ） Ｔmax、オンセット（Ｏｎｓｅｔ）、スロープ（Ｓｌｏｐｅ）を示したグラフである。
特に、図８に示したように、本実施例に係る生体組織診断装置１００を通じて正常状態の手または足に該当する対象組織（生体組織）の血流は、蛍光強さの経時的変化で表れるようになる。
ここで、特性値は、Ｔmax、プラトー（Ｐｌａｔｅａｕ） Ｔmax、オンセット（Ｏｎｓｅｔ）、スロープ（Ｓｌｏｐｅ）のうち少なくともいずれか一つの組み合わせによって決定される。
Ｔmaxは、パターン化された近赤外線表出領域のうち強さが最高になるときの時間を示し、プラトー（Ｐｌａｔｅａｕ） Ｔmaxは、パターン化された近赤外線表出領域のうち特定強さ以上を示す区間を意味する。
特に、血流が円滑でないため多数の血管に流れる蛍光物質が累積されたり、血流の流れの遅延などによって一定区間の蛍光強さが高く維持される平らな区間が観測され、この区間がプラトー（Ｐｌａｔｅａｕ） Ｔmaxである。
そして、オンセット（Ｏｎｓｅｔ）は、パターン化開始時点（初期検出時点）から急激な変曲が発生し、基準勾配以上に上昇しはじめる時点までの領域を意味し、スロープ（Ｓｌｏｐｅ）は、パターン化された近赤外線表出領域のうちプラトー（Ｐｌａｔｅａｕ） Ｔmax以後、下向き領域のパターン（蛍光強さが基準値未満に低下しはじめる時点から前記蛍光強さの最終検出時点までの時間）を意味する。
蛍光強さが所定の基準値（ＦＩc）以上になる区間であるプラトー区間（Ｐｌａｔｅａｕ Ｔmax）に広がっているか、勾配が緩やかな区間が観測されると、血流に異常があると見なすことができる。
したがって、本実施例では、蛍光強さが一定強さ以上の値を設定し、該当区間（Ｐｌａｔｅａｕ Ｔmax）で虚血組織のＩＣＧ蛍光強さが最高になるときの時間（Ｔmax）を考慮して血管や血流の異常有無を判別する。ここで、一定強さ以上の値は、最高蛍光強さの７０％から９５％までの任意の値である。
図８、図９及び図１０に示すように、いずれか一つの対象組織（生体組織）と他の一つの対象組織を同時に血流診断する場合、いずれか一つの対象組織のＴmax値と他の一つの対象組織のＴmax値との差が第１の設定値より大きい場合、非正常血流と診断することができる。
そして、生体内のいずれか一つの対象組織のプラトー（Ｐｌａｔｅａｕ） Ｔmax値に対する他の一つの対象組織のプラトー（Ｐｌａｔｅａｕ） Ｔmax値の比率が第２の設定値より大きい場合にも、非正常血流と診断することができる。
また、生体内のいずれか一つの対象組織のオンセット（Ｏｎｓｅｔ）値に対する他の一つの対象組織のオンセット（Ｏｎｓｅｔ）値の比率が第３の設定値より大きい場合にも、非正常血流と診断することができる。
ここで、いずれか一つの対象組織は足指でもよく、他の一つの対象組織は手指でもよく、前記第１の設定値、第２の設定値及び第３の設定値は、正常者等の平均値（正常値）とする。
血流が遅い場合、単純にはＦＩ絶対値は小さくなり、オンセット（Ｏｎｓｅｔ）、Ｔmax、及びプラトー（Ｐｌａｔｅａｕ） Ｔmaxは長くなり、スロープ（ｓｌｏｐｅ）は低くなるパターンで表れることが分かる。これら各特性値を比較すると、検査組織の血流を診断することができ、血流の程度を数値で表現するために各特性値を使用して数式を作ることができる。
併せて、他の一つの対象組織、すなわち、両手の特性値（Ｆｅａｔｕｒｅ ｖａｌｕｅ）は、平均を出したり、それぞれ別々に使用して計算することができる。いずれか一つの対象組織が異なるＩＣＧパターンを有する場合、すなわち、両足のＩＣＧパターンが相互に異なる場合、両足の特性値をそれぞれ求めることにより、両脚のうちいずれか一方または両方に動脈狭窄があるか否かを診断することができる。
一実施例において、図９の正常群の両手のＴmaxとオンセット（Ｏｎｓｅｔ）が両足でのＴmax及びオンセット（Ｏｎｓｅｔ）とそれほど差を有さない一方、図１０の血流異常患者の場合、両手のＴmaxとオンセット（Ｏｎｓｅｔ）が足で得られた値に比べて相当小さく、特に両足でそれぞれ得たオンセット（Ｏｎｓｅｔ）の値に確実に差がある。
図１０の場合、両脚に動脈狭窄が診断され、特に狭窄程度が左側においてより激しいと診断される。
図１１は、生体内の複数の対象組織に対する蛍光強さのパターン化されたグラフに基づいて異常のある対象組織を診断する方法を説明するための参考図である。図１１に示したように、４個の対象組織に対する蛍光強さのパターン化された推移グラフにおいて、３個の対象組織（左側上部、右側下部、左側下部）に対する推移グラフは、一定分布範囲で同調する形状を示す一方、残りの一つの対象組織（右側上部）、すなわち、右手部分の対象組織に対する推移グラフは、これとはかけ離れた推移を示している。この場合、互いに同調された前記３個の対象組織の場合は、正常な血流や血管特性を示すと見なすことができるが、他の一つの対象組織（右手部分）の場合は、血流や血管の状態に異常があることを示す。よって、このような特性に基づいて、判断部１３０は、各対象組織別の特性値の予め設定された正常分布範囲から逸脱する特性値に対応する対象組織を異常対象組織と診断することができる。
一方、判断部１３０は、検査部１２０で判別した診断結果を出力装置１３８を通じて出力する。出力装置１３８としては、ＣＲＴモニターまたはＬＣＤ、プラズマディスプレイ装置などを採用することができる。
図４は、本発明の一実施例に係る生体組織診断方法を説明するためのフローチャートであって、これを参照して本実施例に係る生体組織診断方法を説明する。本実施例において、照光部１１０及び検査部１２０は、対象組織の個数によって一つ以上備えてもよい。
まず、照明部材１１４は、映像造影剤が注入された生体内の少なくとも一つの対象組織に造影剤励起エネルギーをそれぞれ照射し（Ｓ４１０）、検査部１２０は、前記生体の各対象組織（映像造影剤）からそれぞれ放散されるエネルギー（近赤外線領域のエネルギー）を撮像する（Ｓ４２０）。
続いて、判断部１３０は、検査部１２０によって撮像された映像データに基づいて前記少なくとも一つの対象組織の管または灌流の異常有無を判断するが（Ｓ４３０）、ステップ（Ｓ４３０）をより詳細に説明すると次の通りである。
まず、パターン処理部１３２が前記撮像された映像データの経時的変化をパターン化する（Ｓ４３１）。すなわち、パターン処理部１３２は、検査部１２０の撮像部材１２４によって撮像され、デジタル化された電気信号の入力を受け、これを処理して特定物理値（例えば、蛍光強さ）の経時的変化推移をパターン化する。
続いて、特性値演算部１３４は、前記パターン化されたデータに基づいて少なくとも一つ以上の特性値を算出する（Ｓ４３２）。すなわち、特性値演算部１３４は、前記パターン化されたデータ及びパターン化されたグラフから一つ以上の特性値を算出するが、この特性値は、対象組織での特定物理値の経時的変化から得られる。前記少なくとも一つの特性値は、物理値（例えば、蛍光強さ）の初期検出時点から前記物理値が最高になるときまでの時間（Ｔmax）、前記物理値が一定時間内で増加または減少する勾配、前記物理値が基準値以上に維持される時間（プラトー（Ｐｌａｔｅａｕ） Ｔmax）、前記物理値の初期検出時点から前記物理値が基準勾配以上に上昇する前までの時間（オンセット（Ｏｎｓｅｔ））、及び前記物理値が前記基準値未満に低下しはじめる時点から前記物理値の最終検出時点までの時間（スロープ（Ｓｌｏｐｅ））のうち少なくとも一つになってもよい。
次に、診断部１３６は、前記少なくとも一つの特性値または二つ以上の前記特性値の組み合わせに基づいて前記少なくとも一つの対象組織の管または灌流の異常有無を診断する。例えば、いずれか一つの対象組織（生体組織）と他の一つの対象組織を同時に血流診断する場合、いずれか一つの対象組織のＴmax値と他の一つの対象組織のＴmax値との差が第１の設定値より大きい場合、非正常血流と診断することができ、生体内のいずれか一つの対象組織のプラトー（Ｐｌａｔｅａｕ） Ｔmax値に対する他の一つの対象組織のプラトー（Ｐｌａｔｅａｕ） Ｔmax値の比率が第２の設定値より大きい場合にも、非正常血流と診断することができる。また、生体内のいずれか一つの対象組織のオンセット（Ｏｎｓｅｔ）値に対する他の一つの対象組織のオンセット（Ｏｎｓｅｔ）値の比率が第３の設定値より大きい場合にも、非正常血流と診断することができる。前記第１の設定値、第２の設定値及び第３の設定値は、正常者等の平均値（正常値）とする。
また、前記対象組織は複数であってもよく、判断部１３０は、各対象組織別の前記特性値の比較を通じて異常対象組織を診断することができる。このとき、判断部１３０は、前記各対象組織別の特性値の予め設定された正常分布範囲から逸脱する特性値に対応する対象組織を異常対象組織と診断することができる。より具体的に説明すると、図１１に示したように、４個の対象組織に対する蛍光強さのパターン化された推移グラフにおいて、３個の対象組織に対する推移グラフは、一定分布範囲で同調する形状を示す一方、残りの一つの対象組織に対する推移グラフは、これとはかけ離れた推移を示している。この場合、互いに同調された前記３個の対象組織の場合は、正常な血流や血管特性を示すと見なすことができるが、他の一つの対象組織の場合は、血流や血管の状態に異常があることを示す。よって、このような特性に基づいて、判断部１３０は、各対象組織別の特性値の予め設定された正常分布範囲から逸脱する特性値に対応する対象組織を異常対象組織と診断することができる。
以上説明したように、本発明に係る生体組織診断装置及び方法は、映像造影剤を注入した生体の対象組織、特に血管が肌近くに分布されており、近赤外線撮影が容易な末梢組織及び頚動脈部分などを一定時間連続して映像撮影することによって、前記対象組織の管や灌流の異常有無を正確に診断できるようにする。また、本発明に係る生体組織診断装置及び方法は、生体内の一部分または複数の組織、より詳細には、両手及び両足を同時にまたは少なくともいずれか一つを選択的に撮影し、血管やリンパ管の異常を診断することによって複合診断を通じた精密な診断を行うことができ、これによって診断時間を減少させることができる。
以上では、本発明の実施例に対して詳細に説明したが、本発明の権利範囲は、これに限定されるものではなく、次の特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を用いた当業者の多くの変形及び改良形態も本発明の権利範囲に属する。
Claims (15)
- 映像造影剤が注入された生体内の少なくとも一つの対象組織に造影剤励起エネルギーをそれぞれ照射する少なくとも一つの照光部；
前記少なくとも一つの対象組織からそれぞれ放散されるエネルギーを撮像する少なくとも一つの検査部；及び
前記少なくとも一つの検査部によって撮像された映像データに基づいて前記少なくとも一つの対象組織の管または灌流の異常有無を判断する判断部；を含み、
前記各検査部は、
前記映像造影剤から放散されるエネルギーの近赤外線領域を通過させるフィルター部材；及び
前記フィルター部材を通過するエネルギーの近赤外線領域を撮像する撮像部材；を含み、
前記検査部は、一つ以上の生体組織を独立的に検査するために同一の個数で複数備えられており、
前記各検査部に含まれた前記撮像部材は、制御部によって稼動時間が制御されることを特徴とする、生体組織診断装置。 - 前記判断部は、
前記撮像された映像データの経時的変化をパターン化するパターン処理部；
パターン化されたデータに基づいて少なくとも一つの特性値を算出する特性値演算部；及び
前記少なくとも一つの特性値または二つ以上の前記特性値の組み合わせに基づいて前記少なくとも一つの対象組織の管または灌流の異常有無を診断する診断部；を含むことを特徴とする、請求項１に記載の生体組織診断装置。 - 前記対象組織は複数であり、
前記診断部は、各対象組織別の前記特性値の比較を通じて異常対象組織をさらに診断することを特徴とする、請求項２に記載の生体組織診断装置。 - 前記異常対象組織の診断時、前記判断部は、前記各対象組織別の特性値の予め設定された正常分布範囲から逸脱する特性値に対応する対象組織を異常対象組織と診断することを
特徴とする、請求項３に記載の生体組織診断装置。 - 前記各対象組織別の特性値が、正常群または異常群の管や灌流でそれぞれ取得される場合、前記正常群または異常群に含まれた一つ以上の特性値の組み合わせ値は、該当の各群を８０％以上の敏感度及び特異度で区分することを特徴とする、請求項３に記載の生体組織診断装置。
- 前記少なくとも一つの特性値は、前記映像データから得られる前記対象組織での特定物理値の経時的変化から得られ、
前記少なくとも一つの特性値は、前記物理値の初期検出時点から前記物理値が最高になるときまでの時間、前記物理値が一定時間内に増加または減少する勾配、前記物理値が基準値以上に維持される時間、前記物理値の初期検出時点から前記物理値が基準勾配以上に上昇する前までの時間、及び前記物理値が前記基準値未満に低下しはじめる時点から前記物理値の最終検出時点までの時間のうち少なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項２に記載の生体組織診断装置。 - 前記映像造影剤は、インドシアニングリーン（ＩＣＧ；Ｉｎｄｏｃｙａｎｉｎｅ Ｇｒｅｅｎ）色素であることを特徴とする、請求項１に記載の生体組織診断装置。
- 前記撮像部材の稼動時間は、撮像開始時点から、前記映像造影剤から近赤外線放散が測定されなくなるときまでの時間以内であり、
前記撮像部材は、設定時間間隔で撮像するように制御されることを特徴とする、請求項１に記載の生体組織診断装置。 - 前記少なくとも一つの対象組織の管または灌流の異常を判断する前記判断部は、判断された管または灌流の異常有無診断結果を一つ以上の数値や灌流マップで提示することを特徴とする、請求項１に記載の生体組織診断装置。
- 外部からの光を遮断し、映像の明暗を明確にするための暗室をさらに含み、
前記各照光部は、前記造影剤励起エネルギーを照射する照明部材を含み、
前記暗室は、前記照明部材及び前記検査部を収容することを特徴とする、請求項１に記載の生体組織診断装置。 - 少なくとも一つの照光部と少なくとも一つの検査部と判断部とを含む生体組織診断装置の作動方法であって、
前記少なくとも一つの照光部が造影剤励起エネルギーを出射するステップ；
前記少なくとも一つの検査部が前記造影剤励起エネルギーに由来するエネルギーを撮像するステップ；及び
前記判断部が前記少なくとも一つの検査部によって撮像された映像データに基づいて少なくとも一つの対象組織の管または灌流の異常有無を判断するステップ；を含み、
前記各検査部は、
映像造影剤から放散されるエネルギーの近赤外線領域を通過させるフィルター部材；及び
前記フィルター部材を通過するエネルギーの近赤外線領域を撮像する撮像部材；を含み、
前記検査部は、一つ以上の生体組織を独立的に検査するために同一の個数で複数備えられており、
前記各検査部に含まれた前記撮像部材は、制御部によって稼動時間が制御されることを特徴とする、生体組織診断装置の作動方法。 - 前記少なくとも一つの対象組織の管または灌流の異常有無を判断するステップは、
前記撮像された映像データの経時的変化をパターン化するステップ；
パターン化されたデータに基づいて少なくとも一つの特性値を算出するステップ；及び
前記少なくとも一つの特性値または二つ以上の前記特性値の組み合わせに基づいて前記少なくとも一つの対象組織の管または灌流の異常有無を診断するステップ；を含むことを特徴とする、請求項１１に記載の生体組織診断装置の作動方法。 - 前記対象組織は複数で、
前記少なくとも一つの対象組織の管または灌流の異常有無を判断するステップは、
各対象組織別の前記特性値の比較を通じて異常対象組織を診断するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１２に記載の生体組織診断装置の作動方法。 - 前記異常対象組織を診断するステップにおいて、前記判断部は、前記各対象組織別の特性値の予め設定された正常分布範囲から逸脱する特性値に対応する対象組織を異常対象組織と診断することを特徴とする、請求項１３に記載の生体組織診断装置の作動方法。
- 前記少なくとも一つの特性値は、前記映像データから得られる前記対象組織での特定物理値の経時的変化から得られ、
前記少なくとも一つの特性値は、前記物理値の最初検出時点から前記物理値が最高になるときまでの時間、前記物理値が基準値以上に維持される時間、前記物理値の最初検出時点から前記物理値が基準勾配以上に上昇する前までの時間、及び前記物理値が前記基準値未満に低下しはじめる時点から前記物理値の最後検出時点までの時間のうち少なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項１２に記載の生体組織診断装置の作動方法。
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