JP6700703B2

JP6700703B2 - 静脈可視化装置

Info

Publication number: JP6700703B2
Application number: JP2015194188A
Authority: JP
Inventors: 英一松井; 保夫中島; 鈴木　光; 光鈴木
Original assignee: ASTEM, INC.
Current assignee: ASTEM, INC.
Priority date: 2015-09-30
Filing date: 2015-09-30
Publication date: 2020-05-27
Anticipated expiration: 2035-09-30
Also published as: GB201803402D0; US20180279945A1; JP2017064094A; WO2017056870A1; GB2556796A

Description

本発明は、非接触近赤外線方式の静脈可視化装置に関する。

従来、医療分野では、医療従事者が患者の腕などに注射針又は点滴針などの針を挿入する時、穿刺する対象の静脈を目視で確認している。しかし、患者によっては静脈の位置を確認することが困難な場合があり、医療従事者の熟練度が要求されてきた。そこで、穿刺部位に近赤外線を照射し、反射した近赤外線を赤外線カメラで撮影し、装置の表示部又は患者の穿刺部位に静脈部分を表示する装置が提案されている（例えば、特許文献１〜５を参照。）。

特開２０１３−２２０９８号公報特開２０１１−１６０８９１号公報特開２０１１−２１２３８６号公報特開２００６−１０２３６０号公報特開２００４−２６７５３５号公報

特許文献１又は２のように、装置の表示部がヘッドマウントディスプレイ又はメガネ型ディスプレイなどのウェラブルコンピュータである場合、医療従事者が穿刺作業の度に着用する必要があり、使い勝手が悪かった。また、ウェラブルコンピュータは高額である場合が多い。特許文献３又は４のように、患者の穿刺部位に静脈画像を投影する技術では、高度な画像処理が必要となり、高額である場合が多い。また、特許文献５のように、カメラの光軸と光源の光軸とを平行に配置すると、ハレーションが起こり、静脈画像の確認が困難となる場合がある。

本発明の目的は、小型、かつ、軽量で、操作性に優れた静脈可視化装置を提供することである。

本発明に係る静脈可視化装置は、９００〜１５００ｎｍの波長成分を含む光を穿刺部位に照射する照射部と、赤外透過フィルターを有し、該赤外透過フィルターを透過した光を受光して前記穿刺部位を撮像する撮像部と、該撮像部の撮像画像から静脈を抽出処理する画像処理手段と、該画像処理手段が処理した画像を表示する表示部と、電源部とを備える非接触型の静脈可視化装置において、前記照射部は、前記撮像部の光軸に対して１５°〜６０°の角度で傾斜した光軸を有する光源を複数個有し、前記光源から照射される光の指向角２θ１／２は、４０°以上であり、前記照射部が第１筐体に設けられ、前記表示部が第２筐体に設けられ、前記第１筐体と前記第２筐体とは、折り畳み可能に連結され、前記照射部と前記表示部とは、前記第１筐体と前記第２筐体とを折り畳んだ時に外側になる面にそれぞれ配置されることを特徴とする。第１筐体及び第２筐体によって、表示部の向きを作業者が見やすい角度に調整することができ、作業性が向上する。また、より小型化することができる。

本発明に係る静脈可視化装置では、前記照射部から前記撮像部までの光路上に、偏光フィルターが配置されていないことが好ましい。偏光フィルターを設けると撮像部が受光する光が弱くなるため、ＩＳＯ感度を上げる必要があり、画像の鮮明さが悪くなる傾向にあるところ、偏光フィルターを設けないことで、よりきめ細やかな画像を得ることができる。また、偏光フィルターを設けると被写体レンズの絞りをより絞ることができず、被写界深度が浅くなりやすいところ、偏光フィルターを設けないことで被写界深度が浅くなることを防止することができる。

本発明に係る静脈可視化装置では、前記光源の各照射領域の一部又は全体が、前記撮像部の視野範囲内で重畳することが好ましい。穿刺部位をより均一に照明することができ、その結果、穿刺部位の静脈をより確実に撮像することができる。

本発明に係る静脈可視化装置では、前記照射部は、パルス発光し、前記撮像部の撮像タイミングは、１０〜３０画／秒であり、前記照射部の発光タイミングと前記撮像部の撮像タイミングとを同期させる制御部を更に備えることが好ましい。消費電力を抑えることができる。

本発明に係る静脈可視化装置では、前記撮像部が、前記第１筐体に固定された第３筐体に設けられていることが好ましい。本発明に係る静脈可視化装置は、前記第３筐体を上下方向に移動可能に支持する支持部を更に有することが好ましい。

本発明に係る静脈可視化装置では、前記撮像部が、前記第１筐体に設けられていることが好ましい。更なる小型化が可能となり、ハンディタイプに好適である。

本発明は、小型、かつ、軽量で、操作性に優れた静脈可視化装置を提供することができる。

本実施形態に係る静脈可視化装置の第一例を示す概略正面図である。本実施形態に係る静脈可視化装置で用いられる光源の発光特性図の一例である。撮像部の視野範囲と光源の各照射領域との関係の一例を示す模式図である。本実施形態に係る静脈可視化装置の第二例を示す概略正面図である。

次に、本発明について実施形態を示して詳細に説明するが本発明はこれらの記載に限定して解釈されない。本発明の効果を奏する限り、実施形態は種々の変形をしてもよい。

図１は、本実施形態に係る静脈可視化装置の第一例を示す概略正面図である。本実施形態に係る静脈可視化装置１は、９００〜１５００ｎｍの波長成分を含む光を穿刺部位９０１に照射する照射部１０と、赤外透過フィルター２１を有し、赤外透過フィルター２１を透過した光を受光して穿刺部位９０１を撮像する撮像部２０と、撮像部２０の撮像画像から静脈を抽出処理する画像処理手段３０と、画像処理手段３０が処理した画像を表示する表示部４０と、電源部（不図示）とを備える非接触型の静脈可視化装置において、照射部１０は、撮像部２０の光軸Ｌ２に対して１５°〜６０°の角度Ａで傾斜した光軸Ｌ１を有する光源１１を複数個有し、光源１１から照射される光の指向角２θ１／２は、４０°以上である。

照射部１０は、光源１１から９００〜１５００ｎｍの波長成分を含む光を穿刺部位９０１へ向けて照射する。光源１１は、例えば赤外線ＬＥＤである。光源１１のピーク波長は、８５０ｎｍ又は９４０ｎｍであることが好ましく、９４０ｎｍであることがより好ましい。照射部１０は、少なくとも９００〜１５００ｎｍの波長成分を含む光を照射すればよく、９００〜１５００ｎｍの波長成分に加えて、９００ｎｍ未満の波長成分及び／又は１５００ｎｍを超える波長成分を含む光を照射してもよい。また、照射部１０は、必要に応じて可視光光源（不図示）を有していてもよい。可視光光源は、３８０〜７８０ｎｍの波長成分を含む光を照射する光源である。

穿刺部位９０１は、例えば患者の腕部９００の一部である。

撮像部２０は、レンズと撮像素子とを有する。レンズは、穿刺部位９０１からの反射光を集光し、撮像素子の受光面に結像する。撮像素子は、レンズによって結像した像の光の明暗を電気信号に変換する。撮像素子は、例えば、ＣＣＤイメージセンサ又はＣＭＯＳイメージセンサである。

撮像部２０は、赤外透過フィルター２１を有し、熱線吸収フィルターを有さない。赤外透過フィルター２１は、可視光を吸収し、赤外線を透過するフィルターである。熱線吸収フィルターは、赤外線を吸収し、可視光を透過するフィルターである。したがって、撮像部２０が、赤外透過フィルター２１を有し、熱線吸収フィルターを有さないことで、赤外線域の反射光を撮像することができる。

画像処理手段３０は、撮像部２０の撮像素子から電気信号を入力し、表示部４０に表示するための画像を生成する。画像処理手段３０は、必要に応じて画像の明るさ又はコントラストなどを調整してもよい。また、画像処理手段３０は、画像中の静脈部分に色づけするなどの静脈画像を強調するための処理を行ってもよい。

表示部４０は、画像処理手段３０が処理した画像を表示する。表示部４０は、例えば、液晶パネルである。穿刺部位９０１に９００〜１５００ｎｍの波長成分を含む光が照射されると、静脈部分では赤外線が血液に吸収されるため反射率が相対的に低くなる。一方、静脈以外の組織では赤外線が血液に吸収されずに反射するため、反射率が相対的に高くなる。したがって、表示部４０には、静脈パターンが穿刺部位９０１の他の部分に対して暗く映し出され、静脈が可視化された画像が表示される。さらに、表示部４０には、注射針又は点滴針などの針も映し出されるため、作業者は表示部４０を見ながら違和感無く穿刺作業を行うことができる。本発明では、９００〜１５００ｎｍの波長成分を含む光を用いることで、波長が９００ｎｍよりも長波長域において脱酸化ヘモグロビンの吸収率よりも水分の吸収率の方が多くなることを利用し、コントラストのより高い静脈パターンを得ることができる。

電源部（不図示）は、商用電源であるか、又は電池であってもよい。

本実施形態に係る静脈可視化装置１では、照射部１０から撮像部２０までの光路Ｐ上に、偏光フィルターが配置されていないことが好ましい。照射部１０から撮像部２０までの光路Ｐは、照射部１０の光源１１から照射された光が穿刺部位９０１で反射して撮像部２０の撮像素子に至るまでの経路である。一般に、偏光フィルターを用いる効果は正反射によるハレーションを抑えることにあるが、同時に透過光量は減衰する。安価な市販されている撮像素子を使ったシステムを構築すると、近赤外領域（９００〜１０００ｎｍ）付近でのＣＣＤないしＣ−ＭＯＳイメージャの受光感度は相対的に低いため、偏光フィルターによって透過光量が減衰すると、ノイズによって画像が劣化する。本実施形態では、偏光フィルターを用いて受光量を犠牲にしたノイズによる劣化画像を得るよりも照射部１０の撮像部２０の光軸Ｌ２に対する照射角を調節することでハレーションを抑え、結果的にノイズ成分の少ない鮮明な画像を得ることを優先した。光路Ｐ上に偏光フィルターを設けると撮像部２０が受光する光が弱くなるため、ＩＳＯ感度を上げる必要があり、画像の鮮明さが悪くなる傾向にあるところ、偏光フィルターを設けないことで、よりきめ細やかな画像を得ることができる。また、偏光フィルターを設けると被写体レンズの絞りをより絞ることができず、被写界深度が浅くなりやすいところ、偏光フィルターを設けないことで被写界深度が浅くなることを防止することができる。

本実施形態では、照射部１０が、撮像部２０の光軸Ｌ２に対して１５°〜６０°の角度Ａで傾斜した光軸Ｌ１を有する光源（以降、第一の光源ということもある。）１１を複数個有する。第一の光源１１の各光軸Ｌ１と撮像部２０の光軸Ｌ２とのなす角度Ａは、３０°以上とすることがより好ましい。穿刺部位９０１が曲面であってもより確実にハレーションを防止できる。更に好ましくは３５°〜５５°である。第一の光源１１の各光軸Ｌ１は、各光源１１から照射される光の進行方向に伸びる直線をいい、この直線に対して光が対称に広がっている。図１では、ある一つの光源１１の光軸Ｌ１だけを代表して図示し、当該光源１１以外の光源１１については光軸の図示を省略した。第一の光源１１の各光軸Ｌ１は、撮像部２０の光軸Ｌ２に対する角度Ａが１５°〜６０°の範囲内であればよく、相互に平行であるか、又は相互に異なる方向を向いた光軸があってもよい。撮像部２０の光軸Ｌ２は、撮像部２０のレンズの中心を通り、レンズの面に垂直な直線である。撮像部２０の光軸Ｌ２の方向は、穿刺部位の配置予定面９０２の法線方向であることが好ましい。配置予定面９０２は、穿刺部位９０１を配置する予定の空間に仮想した平面であり、穿刺作業時に穿刺部位９０１を載置する作業面９０３に平行な面である。すなわち、穿刺部位９０１を水平面に載置して穿刺作業を行う場合は、配置予定面９０２は水平面である。また、穿刺部位９０１を水平面に対して傾斜した面に載置して穿刺作業を行う場合は、配置予定面９０２は穿刺部位９０１を載置する面の傾きに応じて水平面に対して傾斜させた面である。撮像部２０が穿刺部位９０１を真上から撮像することとなり、作業者が距離感を把握しやすい。第一の光源１１の各光軸Ｌ１と撮像部２０の光軸Ｌ２とのなす角度Ａが１５°未満では、ハレーションが起こりやすく、静脈画像の確認が困難となる。第一の光源１１の各光軸Ｌ１と撮像部２０の光軸Ｌ２とのなす角度Ａが６０°を超えると、穿刺部位を照明する光の照度が低くなり、静脈画像の確認が困難となる。

本実施形態では、第一の光源１１の数は、２〜３０個であることが好ましく、５〜１５個であることがより好ましい。第一の光源１１の数が１個では、照射できる領域が狭く、穿刺部位９０１を均一に照明することができない。本実施形態では、第一の光源１１の数を複数個とすることで、穿刺部位９０１を均一に照明することができる。その結果、より鮮明な静脈画像を得ることができる。

本実施形態では、照射部１０は、撮像部２０の光軸Ｌ２に対して１５°〜６０°の角度Ａで傾斜した光軸Ｌ１を有する第一の光源１１に加えて、撮像部２０の光軸Ｌ２に対して１５°未満で傾斜した光軸を有する第二の光源（不図示）及び／又は撮像部２０の光軸Ｌ２に対して６０°を超える角度で傾斜した光軸を有する第三の光源（不図示）を有していてもよい。第一の光源１１、第二の光源及び第三の光源の合計個数に対する第一の光源の個数の割合は、８０％以上であることが好ましく、９０％以上であることがより好ましく、１００％であることが特に好ましい。

図２は、本実施形態に係る静脈可視化装置で用いられる光源の発光特性図の一例である。第一の光源１１から照射される光の指向角２θ１／２は、４０°以上である。指向角２θ１／２は、９０°以上であることがより好ましく、１２０°以上であることが更に好ましい。指向角２θ１／２が４０°未満では、穿刺部位を均一に照明することができず、鮮明な静脈画像を得ることができない。また、穿刺部位を均一に照明するためには、非常に多数の光源を隙間なく配置する必要があり、装置が大型化してしまう。指向角２θ１／２の測定方法は、光源１１を円の中心に固定し、受光センサを円周上に沿って移動させ、光源１１から出る放射光の照度を測定し、光源１１の光軸Ｌ１上の照度を規格化して照度の最大値を１（１００％）とし、軸上からθ傾いたときの照度の減少割合を図形で表現する。そして、照度が０．５（５０％）になる角度を半値角θ１／２と称し、両側を合わせた全角を指向角２θ１／２とする。

図３は、撮像部の視野範囲と光源の各照射領域との関係の一例を示す模式図である。本実施形態に係る静脈可視化装置では、光源の各照射領域６０の一部又は全体が、撮像部の視野範囲７０内で重畳することが好ましい。照射領域６０は、第一の光源１１（図１に図示）から照射される光によって照射される空間である。撮像部の視野範囲７０は、撮像部２０（図１に図示）の位置を固定して任意の距離に焦点を合わせたとき、撮影可能となる空間であり、撮像部の光軸Ｌ２（図１に図示）を中心軸とした四角錘形状を有する。図３では、照射領域６０及び視野領域７０は、穿刺部位に焦点を合わせたときの撮影距離における撮像部の光軸Ｌ２に直交する断面を図示している。照射領域６０が視野範囲７０内で重畳することで、図３に示すように、視野範囲７０の全体を均一に照明することができる。そして、この視野範囲７０に穿刺部位を配置すると、穿刺部位が均一に照明される。その結果、穿刺部位の全体にわたって静脈をより確実に撮像することができる。照射領域６０は、各光源１１から照射される光の相対光度が５０〜１００％となるところで重畳することが好ましい。レンズの絞りをより絞ることができ、被写界深度を深くすることができる。

本実施形態に係る静脈可視化装置１（図１に図示）では、照射部１０（図１に図示）は、パルス発光し、撮像部２０の撮像タイミングは、１０〜３０画／秒であり、照射部１０の発光タイミングと撮像部２０（図１に図示）の撮像タイミングとを同期させる制御部（不図示）を更に備えることが好ましい。パルス発光することで消費電力を抑えることができる。また、撮像部２０の撮像タイミングを１０〜３０画／秒とすることで、コスト及び消費電力を低減しながらスムーズな動画を得ることができる。撮像部２０の撮像タイミングは、１５〜２５画／秒であることがより好ましい。

本実施形態に係る静脈可視化装置１では、図１に示すように、照射部１０が第１筐体５１に設けられ、表示部４０が第２筐体５２に設けられ、第１筐体５１と第２筐体５２とは、折り畳み可能に連結され、照射部１０と表示部４０とは、第１筐体５１と第２筐体５２とを折り畳んだ時に外側になる面５１ａ，５２ａにそれぞれ配置されることが好ましい。図１の点線で示す表示部４０のように、表示部４０の向きを作業者が見やすい角度に調整することができ、作業性が向上する。また、装置をより小型化することができる。第１筐体５１と第２筐体５２とを折り畳み可能に連結する形態は、例えば、図１に示すように第１筐体５１の端部と第２筐体５２の端部と連結するヒンジ部５３を設ける形態である。

静脈可視化装置１は、図１に示すように、スタンド式であることが好ましい。具体的には、静脈可視化装置１は、照射部１０が設けられた第１筐体５１と、表示部４０が設けられ、第１筐体５１に折り畳み可能に連結された第２筐体５２と、第１筐体５１に固定され、下面に撮像部２０が設けられた第３筐体５４と、第３筐体５４を上下方向に移動可能に支持する支持部５５と、を有することが好ましい。照射部１０と撮像部２０とを相互に別個の筐体５１，５４に設けることで、光源１１の各光軸Ｌ１と撮像部２０の光軸Ｌ２とのなす角度を１５°〜６０°としながら、穿刺部位９０１と照射部１０及び撮像部２０との距離を適度にとることができ、かつ、装置をより小型化することができる。

第１筐体５１は、第３筐体５４に対して斜め下方向に延設されることが好ましい。照射部１０の光源１１を穿刺部位９０１により近づけることができ、照度のより高い光を穿刺部位９０１に照射することができる。その結果、より鮮明な静脈画像を得ることができる。

第３筐体５４は、画像処理手段３０を内蔵していてもよい。

支持部５５の下端は、図１に示すように患者の腕部９００を載置する受台５６に固定するか、又はクリップ（不図示）を設けて、作業台などに取り付け可能な構造としてもよい。

図４は、本実施形態に係る静脈可視化装置の第二例を示す概略正面図である。本実施形態に係る静脈可視化装置１００では、撮像部２０が、第１筐体１５１に設けられていることが好ましい。図４に示す第二例の静脈可視化装置１００は、撮像部２０が第１筐体１５１に設けられている点が図１に示す第一例の静脈可視化装置１と相違しており、この構成以外は基本的な構成を第一例の静脈可視化装置１と同じくする。図１及び図４において共通する構成には同じ符号を付した。図４に示す静脈可視化装置１００は、更なる小型化が可能となる。また、静脈可視化装置１００は手で持って作業しやすいため、ハンディタイプに好適である。撮像部２０は、第１筐体１５１のうち照射部１０が取り付けられた面に取り付けられることが好ましい。

次に、本発明の実施例を挙げて説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。

（実施例１）
図１に示す静脈可視化装置１を用いて、腕部の静脈を観察した。静脈可視化装置１において、光源１１は、指向角２θ１／２が１２８°、ピーク波長９４０ｎｍのＬＥＤを１２個用いた。複数個の光源１１は、各照射範囲が穿刺部位上で重畳するように配置した。光源１１の各光軸Ｌ１と撮像部の光軸Ｌ２とのなす角度Ａが１５°〜６０°の範囲に入るように光軸１１を配置した。

（実施例２）
光源１１を指向角２θ１／２が４４°、ピーク波長９４０ｎｍのＬＥＤに変更した以外は、実施例１と同様とした。

（比較例１）
光源１１を指向角２θ１／２が２０°、ピーク波長９４０ｎｍのＬＥＤに変更した以外は、実施例１と同様とした。

（比較例２）
光源１１の各光軸Ｌ１と撮像部の光軸Ｌ２とのなす角度Ａが０°〜１０°の範囲に入るように光軸１１の配置を変更した以外は、実施例１と同様とした。

（比較例３）
光源１１の各光軸Ｌ１と撮像部の光軸Ｌ２とのなす角度Ａが６５°〜１２０°の範囲に入るように光軸１１の配置を変更した以外は、実施例１と同様とした。

実施例１，２は、いずれも光源１１から穿刺部位（腕部）に光を照射すると、表示部４０に、静脈パターンが穿刺部位９０１の他の部分に対して暗く映し出され、鮮明な静脈画像が表示された。一方、比較例１は、光源１１を指向角２θ１／２が小さすぎたため、穿刺部位を均一に照射することができず、静脈画像が不鮮明となった。比較例２は、光源１１の各光軸Ｌ１と撮像部の光軸Ｌ２とのなす角度Ａが小さすぎたため、ハレーションが起こり、静脈画像を確認することができなかった。比較例３は、光源１１の各光軸Ｌ１と撮像部の光軸Ｌ２とのなす角度Ａが大きすぎたため、穿刺部位を照明する光の照度が低くなり、静脈画像が不鮮明となった。

１，１００静脈可視化装置
１０照射部
１１光源（第一の光源）
２０撮像部
２１赤外透過フィルター
３０画像処理手段
４０表示部
５１，１５１第１筐体
５２第２筐体
５１ａ，５２ａ外側になる面
５３ヒンジ部
５４第３筐体
５５支持部
５６受台
６０照射領域
７０視野範囲
９００腕部
９０１穿刺部位
９０２配置予定面
９０３作業面
Ｌ１光源の光軸
Ｌ２撮像部の光軸
Ｐ照射部から撮像部までの光路

Claims

９００〜１５００ｎｍの波長成分を含む光を穿刺部位に照射する照射部と、
赤外透過フィルターを有し、該赤外透過フィルターを透過した光を受光して前記穿刺部位を撮像する撮像部と、
該撮像部の撮像画像から静脈を抽出処理する画像処理手段と、
該画像処理手段が処理した画像を表示する表示部と、
電源部とを備える非接触型の静脈可視化装置において、
前記照射部は、前記撮像部の光軸に対して１５°〜６０°の角度で傾斜した光軸を有する光源を複数個有し、
前記光源から照射される光の指向角２θ１／２は、４０°以上であり、
前記照射部が第１筐体に設けられ、
前記表示部が第２筐体に設けられ、
前記第１筐体と前記第２筐体とは、折り畳み可能に連結され、
前記照射部と前記表示部とは、前記第１筐体と前記第２筐体とを折り畳んだ時に外側になる面にそれぞれ配置されることを特徴とする静脈可視化装置。
前記照射部から前記撮像部までの光路上に、偏光フィルターが配置されていないことを特徴とする請求項１に記載の静脈可視化装置。
前記光源の各照射領域の一部又は全体が、前記撮像部の視野範囲内で重畳することを特徴とする請求項１又は２に記載の静脈可視化装置。
前記照射部は、パルス発光し、
前記撮像部の撮像タイミングは、１０〜３０画／秒であり、
前記照射部の発光タイミングと前記撮像部の撮像タイミングとを同期させる制御部を更に備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の静脈可視化装置。
前記撮像部が、前記第１筐体に設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の静脈可視化装置。
前記撮像部が、前記第１筐体に固定された第３筐体に設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の静脈可視化装置。
前記第３筐体を上下方向に移動可能に支持する支持部を更に有することを特徴とする請求項６に記載の静脈可視化装置。