JP6538613B2 - 速度測定装置、速度測定プログラムおよび速度測定方法 - Google Patents
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Description
距離算出手段は、血管に沿って第1照射地点から第2照射地点に到るまでの血管距離を算出する。
これにより、第1発明の速度測定装置は、血管に沿って試料の表面上に照射される照射位置を増やすことができる。そして、血管上に照射される照射位置が増えるほど、血管に沿った狭い間隔毎にモーションコントラスト波形を算出することができるため、第1発明の速度測定装置は、局所的なパルス波速度を正確に算出することができる。
第1血管径算出手段は、光干渉断層撮影装置が取得した干渉信号に基づいて、血管の内半径を算出する。血流量算出手段は、第1血管径算出手段により算出された内半径と、速度算出手段により算出されたパルス波速度とに基づいて、血管の血流量を算出する。
また第1発明の速度測定装置は、第2血管径算出手段と、血管弾性特性算出手段とを備える。
また第1発明の速度測定装置において、試料が眼底である場合には、血管距離が0.15mmより長くなるように、第1照射地点と第2照射地点の位置が設定されるようにするとよい。これにより、第1発明の速度測定装置は、試料が眼底である場合において、時間ずれの算出誤差の増大を抑制し、パルス波速度の検出精度の低下を抑制することができる。
第2発明の速度測定プログラムによって制御されるコンピュータは、第1発明の速度測定装置の一部を構成することができ、第1発明の速度測定装置と同様の効果を得ることができる。
モーションコントラスト算出手順は、第1モーションコントラストと第2モーションコントラストを継続して算出する。なお、複数の照射地点のうち、血管上に位置する1つの照射地点を第1照射地点とし、第1照射地点を通る血管上に位置して第1照射地点とは異なる1つの照射地点を第2照射地点とする。さらに、第1照射地点における干渉信号に基づいて算出されるモーションコントラストを第1モーションコントラストとし、第2照射地点における干渉信号に基づいて算出されるモーションコントラストを第2モーションコントラストとする。
距離算出手順は、血管に沿って第1照射地点から第2照射地点に到るまでの血管距離を算出する。
第3発明の速度測定方法は、第1発明の速度測定装置にて実行される方法であり、当該方法を実行することで、第1発明の速度測定装置と同様の効果を得ることができる。
本実施形態の血流測定装置1は、図1に示すように、光干渉断層撮影(OCT: Optical Coherence Tomography)装置2(以下、OCT装置2という)と、撮影装置3と、制御装置4とを備える。
OCT装置2は、光源11、光ファイバ12、ファイバカプラ13、測定アーム14、参照アーム15、走査部16、光ファイバ17、ファイバカプラ18、光ファイバ19および検出器20を備える。
光ファイバ12は、光源11とファイバカプラ13との間を接続する光伝送路であり、光源11から出力された光をファイバカプラ13へ伝送する。
測定アーム14は、ファイバカプラ13と走査部16との間を接続する光伝送路である。測定アーム14は、ファイバカプラ13から出力された測定光を走査部16へ伝送するとともに、走査部16から出力された反射光をファイバカプラ13へ伝送する。
走査部16は、測定アーム14を介して入力された光を試料SP(本実施形態では、被検者の眼球)上に向けて2次元走査するとともに、試料SPで反射した反射光を測定アーム14へ出力する。走査部16は、測定アーム14の長さ、光学倍率および焦点を調節する機能を有する。
光ファイバ17は、ファイバカプラ13とファイバカプラ18との間を接続する光伝送路であり、ファイバカプラ13から出力された光をファイバカプラ18へ伝送する。
検出器20は、光ファイバ19を介してファイバカプラ18から入力される干渉信号を検出する。
制御装置4は、表示部31と、操作入力部32と、データ記憶部33と、制御部34とを備える。
操作入力部32は、使用者がキーボード(不図示)とマウス(不図示)を介して行った入力操作を特定するための入力操作情報を出力する。
制御部34は、OCT装置2、撮影装置3および操作入力部32からの入力に基づいて各種処理を実行し、OCT装置2、撮影装置3、表示部31およびデータ記憶部33を制御する。
ここで、制御部34が実行する血流測定処理の手順を説明する。血流測定処理は、撮影装置3が撮影した試料SPの眼底像が表示部31の表示画面(図3(a)を参照)に表示されており、且つ、2次元断層画像を撮影するための光走査(以下、断層画像用走査という)がOCT装置2により実行されているときに、血流測定処理を実行するために制御部34に記憶された血流測定プログラム40を使用者の入力操作により起動することで実行される。なお血流測定プログラム40は、血流測定装置1に予めインストールされていてもよいし、記録媒体またはネットワークを介してインストールされるようにしてもよい。記録媒体としては、例えば光ディスク、磁気ディスクおよび半導体メモリなどが挙げられる。
変数zは、測定領域内の血管の血管軸AXに平行な複数の線(図3(b)の軸平行線zを参照)を特定するための変数である。すなわち変数zは、血管内において血管軸AXに対して垂直な線に沿った位置を示す。
なお、例えば振幅非相関(amplitude decorrelation)またはスペックル非相関(speckle decorrelation)のように動きに対して精度が高いOCT法が存在する。さらに、時間に沿った血管の直径を監視することでパルス波に関する情報を取得することも可能である。
M(s,z,ti)=Φ(s,z,ti+1)−Φ(s,z,ti) ・・・(1)
なお、測定間隔Δtの間での動きによって生じるOCT信号の位相差ΔΦは、試料に照射される入射光の方向と、試料内の動きの方向とに依存する。入射光がz軸方向に沿って照射されるとすると、検出される位相差ΔΦは、試料内の動きのz軸方向成分に応じて変化する。
ΔΦ = 4π×vz×Δt/λ ・・・(2)
そしてS80にて、測定回数カウンタの値(測定回数)が上記の測定終了回数以上であるか否かを判断する。ここで、測定回数が測定終了回数未満である場合には(S80:NO)、S40に移行する。一方、測定回数が測定終了回数以上である場合には(S80:YES)、S90にて、各測定点で算出された(測定終了回数−1)個のモーションコントラスト信号M(s,z,ti)を用いて、複数の測定点のそれぞれについて、モーションコントラスト信号M(s,z,ti)の時間変化を示すパルス波マップPW(s,z,t)を作成する。例えば図4(a)に示すように、血管BV1内を一端E1から他端E2に向けて血液が流れている場合における一端E1のパルス波マップPW1と他端E2のパルス波マップPW2を図4(b)に示す。
図5は、軸平行線z0に沿って一端E1から他端E2へ向けてパルス波が伝搬し、一端E1から他端E2に到るまでに伝搬時間Tを要することを示している。
次に、一端E1における圧力p1を下式(5)により算出し、他端E2における圧力p2を下式(6)により算出する。なお、下式(5),(6)における圧力p0は、拡張期血圧を示す定数である。また、下式(5)では、脈拍の1周期分のパルス波を取得した後に、一端E1でパルス波が最も小さくなる時刻をt0として、測定間隔Δtが経過する毎に、時刻t1、時刻t2、・・・時刻tiとなるように設定している。下式(6)では、他端E2において同様にして、時刻t1、時刻t2、・・・時刻tiを設定している。
一端E1と他端E2との間におけるパルス波の減衰係数は、パルス波振幅(pressure cycle amplitude)の比を計算することによって取得することが可能である。一端E1における圧力p0と他端E2における圧力p0は、伝搬距離Dpが短いため、互いに同じであると仮定している。一端E1における圧力p0と他端E2における圧力p0が互いに同じであると仮定すると、下式(7)において相殺される。
そして、流量Fを下式(7)により算出する。なお、Real[z]は、複素数zの実部である。また、n=2π/Tpである。ρは血液の密度である。iは虚数単位である。J0およびJ1はそれぞれ0次および1次のベッセル関数である。また、α=Rin(ρ・n/μ)1/2である。ここで、μは流体粘性である。また、血液の密度ρおよび流体粘性μは文献値から取得可能である。
さらにS160にて、メーンズ・コルテベークの式に基づき、下式(8)により、血管弾性特性(ヤング率)Eを算出する。
そして、S160の処理が終了すると、血流測定処理を終了させる。
このように構成された血流測定装置1は、OCT装置2を備える。OCT装置2は、光源11から照射された光を参照光と測定光とに分割し、血管を内包する試料SPの表面上における互いに異なる複数の照射地点へ測定光を照射し、測定光が試料SPで反射した反射光と、参照光とが干渉した干渉信号に基づいて、試料SPの2次元断層画像を取得する。
また血流測定装置1は、血管BV1に沿って一端E1から他端E2に到るまでの伝搬距離Dpを算出する(S120)。
このように血流測定装置1は、血管BV1上に位置する一端E1および他端E2の第1,2モーションコントラスト信号を継続して算出して、第1,2パルス波マップを作成する。このため、血流測定装置1は、血管BV1上に位置する一端E1と他端E2における脈波の動きを取得することができる。
これにより、血流測定装置1は、血管BV1に沿って試料SPの表面上に照射される照射位置を増やすことができる。そして、血管BV1上に照射される照射位置が増えるほど、血管BV1に沿った狭い間隔毎にモーションコントラスト波形を算出することができるため、OCT装置2は、血管BV1における局所的なパルス波速度を正確に算出することができる。測定範囲の平均パルス波速度がわかるだけでなく、例えば、血管BV1が途中で枝分かれしていたとすると、その枝分かれ前後の局所的なパルス波速度の変化も捉えることができる。
例えば上記実施形態では、波長掃引型OCT(SS−OCT)を用いたものを示したが、スペクトルドメインOCT(SD−OCT)またはタイムドメインOCT(TD−OCT)を用いるようにしてもよい。
また上記実施形態では、血流測定用走査が終了すると、断層画像用走査へと自動的に切り替えるものを示した。しかし、血流測定用走査が終了すると、走査部16による走査自体を停止するようにしてもよい。この場合には、例えば、OCT装置2に設置される走査開始ボタンを使用者が操作することにより、断層画像用走査を再開するようにしてもよい。
例えば、第1走査ビームと第2走査ビームを同時に走査することができるように構成されたデュアルビームOCT装置では、図7(a)に示すように、第1走査ビームSB1と第2走査ビームSB2とがそれぞれ異なる線上を同時に走査するようにしてもよいし、図7(b)に示すように、それぞれ異なる円上を同時に走査するようにしてもよい。これにより、2箇所における同時刻のモーションコントラスト信号を取得することができる。
また上記実施形態では、対比箇所として、最大となる箇所、または、最小となる箇所を示したが、これに限定されるものではなく、対比することができる特徴を有した箇所であればよい。
具体的には、血管BV2は、円形走査CS1の測定点Pr1と、円形走査CS2の測定点Pr2との両方を通過する。そして、図8(b)に示すように、測定点Pr1のパルス波マップPW11と測定点Pr2のパルス波マップPW12とを対比することにより、伝播時間Tpを算出する。これにより、血管BV2のパルス波速度を算出する。
また上記実施形態では、パルス波速度を算出するものを示したが、流量と血管の断面積から血流速度を評価することが可能である。なお、血管の断面積の時間変化を評価することも可能である。
また上記実施形態では、複数の軸平行線zについて算出された伝搬時間Tp(z)および伝搬距離Dp(z)の加算平均をそれぞれ伝搬時間Tpおよび伝搬距離Dpとするものを示したが、血管の中心を通るライン上での伝搬時間および伝搬距離を用いてもよい。
また上記実施形態では、点状の光を試料上に向けて2次元走査するものを示したが、データの取得スピードを上げるためにライン状の光を走査する方法を用いてもよい。
Claims (11)
- 光源から照射された光を参照光と測定光とに分割し、血管を内包する試料の表面上における互いに異なる複数の照射地点へ前記測定光を照射し、前記測定光が試料で反射した反射光と、前記参照光とが干渉した干渉信号に基づいて、前記試料の断層画像を取得する光干渉断層撮影装置と、
複数の前記照射地点のうち、前記血管上に位置する1つの前記照射地点を第1照射地点とし、前記第1照射地点を通る前記血管上に位置して前記第1照射地点とは異なる1つの前記照射地点を第2照射地点とし、前記第1照射地点における前記干渉信号の時間変化量に基づいて算出されるモーションコントラストを第1モーションコントラストとし、前記第2照射地点における前記干渉信号の時間変化量に基づいて算出されるモーションコントラストを第2モーションコントラストとし、前記第1モーションコントラストと前記第2モーションコントラストを継続して算出するモーションコントラスト算出手段と、
前記モーションコントラスト算出手段による算出結果に基づいて、前記第1モーションコントラストの時間変化を示す第1モーションコントラスト波形と、前記第2モーションコントラストの時間変化を示す第2モーションコントラスト波形とを作成する波形作成手段と、
前記波形作成手段により作成された前記第1モーションコントラスト波形と前記第2モーションコントラスト波形との間の時間的なずれである時間ずれを算出する時間ずれ算出手段と、
前記血管に沿って前記第1照射地点から前記第2照射地点に到るまでの血管距離を算出する距離算出手段と、
前記時間ずれ算出手段により算出された前記時間ずれと、前記距離算出手段により算出された前記血管距離とに基づいて、前記血管の内部を伝搬するパルス波の速度であるパルス波速度を算出する速度算出手段とを備える
ことを特徴とする速度測定装置。 - 前記モーションコントラストは、血流を測定するために予め設定された測定間隔となる互いに異なる時刻で算出された2つの前記干渉信号の位相差を示す情報を含む
ことを特徴とする請求項1に記載の速度測定装置。 - 前記モーションコントラストは、血流を測定するために予め設定された測定間隔となる互いに異なる時刻で算出された2つの前記干渉信号の振幅差を示す情報を含む
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の速度測定装置。 - 前記光干渉断層撮影装置は、前記試料の表面上において、前記第1照射地点および前記第2照射地点を通る前記血管に沿って前記測定光を走査する
ことを特徴とする請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の速度測定装置。 - 前記光干渉断層撮影装置は、前記試料の表面上において、前記第1照射地点と交差する円形状に前記測定光を走査する第1走査を実行するとともに、前記第2照射地点と交差し且つ前記第1走査の走査領域を包含する円形状に前記測定光を走査する第2走査を実行する
ことを特徴とする請求項1〜請求項4の何れか1項に記載の速度測定装置。 - 前記モーションコントラスト算出手段は、前記第1走査による前記照射地点を前記第1照射地点とし、前記第2走査による前記照射地点を前記第2照射地点として、前記第1モーションコントラストと前記第2モーションコントラストを算出し、
前記時間ずれ算出手段は、脈拍または脈波が検出された時点から前記第1モーションコントラスト波形の予め設定された対比箇所が検出された時点までの時間と、脈拍または脈波が検出された時点から前記第2モーションコントラスト波形の前記対比箇所が検出された時点までの時間との差に基づいて、前記時間ずれを算出する
ことを特徴とする請求項5に記載の速度測定装置。 - 前記光干渉断層撮影装置が取得した前記干渉信号に基づいて、前記血管の内半径を算出する第1血管径算出手段と、
前記第1血管径算出手段により算出された前記内半径と、前記速度算出手段により算出された前記パルス波速度とに基づいて、前記血管の血流量を算出する血流量算出手段とを備える
ことを特徴とする請求項1〜請求項6の何れか1項に記載の速度測定装置。 - 前記光干渉断層撮影装置が取得した前記干渉信号に基づいて、前記血管の外半径および内半径を算出する第2血管径算出手段と、
前記第2血管径算出手段により算出された前記外半径および前記内半径と、前記速度算出手段により算出された前記パルス波速度とに基づいて、前記血管の血管弾性特性を算出する血管弾性特性算出手段とを備える
ことを特徴とする請求項1〜請求項7の何れか1項に記載の速度測定装置。 - 前記試料が眼底である場合には、前記血管距離が0.15mmより長くなるように、前記第1照射地点と前記第2照射地点の位置が設定される
ことを特徴とする請求項1〜請求項8の何れか1項に記載の速度測定装置。 - コンピュータを、請求項1〜請求項9の何れか1項に記載の速度測定装置の各手段として機能させる速度測定プログラム。
- 光源から照射された光を参照光と測定光とに分割し、血管を内包する試料の表面上における互いに異なる複数の照射地点へ前記測定光を照射し、前記測定光が試料で反射した反射光と、前記参照光とが干渉した干渉信号に基づいて、前記試料の断層画像を取得する光干渉断層撮影装置を用いる速度測定方法であって、
複数の前記照射地点のうち、前記血管上に位置する1つの前記照射地点を第1照射地点とし、前記第1照射地点を通る前記血管上に位置して前記第1照射地点とは異なる1つの前記照射地点を第2照射地点とし、前記第1照射地点における前記干渉信号の時間変化量に基づいて算出されるモーションコントラストを第1モーションコントラストとし、前記第2照射地点における前記干渉信号の時間変化量に基づいて算出されるモーションコントラストを第2モーションコントラストとし、前記第1モーションコントラストと前記第2モーションコントラストを継続して算出するモーションコントラスト算出手順と、
前記モーションコントラスト算出手順による算出結果に基づいて、前記第1モーションコントラストの時間変化を示す第1モーションコントラスト波形と、前記第2モーションコントラストの時間変化を示す第2モーションコントラスト波形とを作成する波形作成手順と、
前記波形作成手順により作成された前記第1モーションコントラスト波形と前記第2モーションコントラスト波形との間の時間的なずれである時間ずれを算出する時間ずれ算出手順と、
前記血管に沿って前記第1照射地点から前記第2照射地点に到るまでの血管距離を算出する距離算出手順と、
前記時間ずれ算出手順により算出された前記時間ずれと、前記距離算出手順により算出された前記血管距離とに基づいて、前記血管の内部を伝搬するパルス波の速度であるパルス波速度を算出する速度算出手順とを備える
ことを特徴とする速度測定方法。
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