JP7089658B2 - ヘモグロビンの酸化還元度合いのカラー画像化装置 - Google Patents

Description

本発明は、ヒトやヒト以外の動物のヘモグロビンの酸化還元度合いを、光学的に検出しカラー画像化し表示するものである。なお、本発明における酸化還元度合いとは、計算により算出された酸化還元度ではなく、酸化還元傾向の意味として用語の定義をする。

従来、生体組織のヘモグロビンの分布を画像化する方法は、赤外線や可視光を用い、血管を強調表示するものが知られ、特許文献1のように血管を撮影する目的の物や特許文献２のように内視鏡に応用され、癌の毛細血管発見に寄与するものなどがある。

既知の方法では、特許文献２のように、酸化ヘモグロビンで吸収の多い波長の近赤外光や還元へログロビンで吸収の多い近赤外光または可視光の一方または、両方を用いて、その酸素飽和度を計算したうえ画像化したり、特許文献３にあるように、更に可視光画像に重ね合わせた、ヘモグロビン酸素飽和度のマップを表示したりするものがあった。

特開２０１３－２２０９８ 特開平０２－１０４３３２ 特表２０１７-５２６８９９

Optical recordings from the human nasal mucosa in response to olfactory stimulation. Ishimaru T, Reden J, Krone F, Scheibe M. Neurosci Lett. 2007 Aug 23;423(3):231-5. Epub 2007 Aug 8.

従来の方法では、生体のヘモグロビンが画像化される場合、一つの波長の赤外線を生体組織を透過または反射させ血管の画像を得る方法などが知られているが、疑似カラー表示されることはあっても、基本は白黒画像である。この方法では、基準となる画像と比較をしなければ酸化還元の度合は、わからない。また、複数の波長の光を使い、酸化飽和度を計算して画像化し、可視光の画像に追加情報として表示する方法がある。この場合は、可視光画像との重ね合わせになるため、可視光画像とヘモグロビン吸収波長の画像の両方を取得しなければならず手間がかかる。非特許文献1のように、一つの波長の光を用いて、酸化還元を変化前の画像と比較して変化分を疑似カラー表示することなども行われてきたが、やわらかい舌のような組織では、形態が変化するため、元の画像と比較できず、支障をきたす。そこで、ヘモグロビンの酸化還元度合いを、より直感的に人間が色画像として認識できる方法を考案した。

いまその解決手段を説明すれば、本発明は、光の吸収において還元ヘモグロビンが酸化ヘモグロビンより吸収が多い波長λ1で撮影したλ１画像、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンが等吸収となる波長を中心として好ましくは±１０ｎｍの波長λ２で撮影したλ２画像、酸化ヘモグロビンが還元ヘモグロビンより吸収が多い波長λ３で撮影したλ３画像を、それぞれ赤成分のＲ画像、緑成分のＧ画像、青成分のＢ画像に対応させ、ＲＧＢカラー画像として合成し、色相、彩度、輝度の調整し、表示するものである。

λ１画像、λ２画像、λ３画像とＲ画像、Ｇ画像、Ｂ画像の対応は、１対１であれば良く、必ずしもλ１画像がＲ画像、λ２画像がＧ画像、λ３画像がＢ画像の対応関係でなくてもよく、他の組み合わせであっても良い。

本案は、以上のような構造であるから、これを使用するときは、外部光を遮断した状態、または、λ１、λ２、λ３以外の波長の光をカットした光学系をもつカメラで対象物を撮影し処理することによって、ヘモグロビンの酸化還元度合いが色の変化として画像化される。また、本発明における生成されたカラー画像は、特許文献３のような、ヘモグロビンの酸素飽和度を計算したうえ画像化したものではなく、ヘモグロビン酸素飽和度画像を可視光画像に重ね合わせる必要もない。すなわち、本発明はカメラの出力からより直接的に視覚的に訴えるカラー画像を生成することができる特徴がある。

実施例の構成図 ヘモグロビンの吸光スペクトルの例 フローチャート

いまその解決手段を図面１、図面２、図面３を追いながら説明すれば、本考案は、静止画または動画を撮影する電子的なカメラ（１）、時系列的に順次点灯する３種のλ１、λ２、λ３の波長のナローバンド光源（２）（３）（４）、この３光源の光を拡散する拡散板（５）、その照射野（６）、対象物（９）、光源の光量と点灯タイミングの制御及び画像取り込みインターフェース（７）、データ処理用コンピュータ（８）よりなる。拡散板（５）は、λ１、λ２、λ３の波長の３つの光源（２）（３）（４）の照射野（６）が均一に重なり合わせるためのもので、光源自体を工夫し照射野が均一に重なり合わせることができれば、省略しても良いし、他の方法でもよい。

上記の３光源（２）（３）（４）は、波長がナローバンドであれば良く、発光ダイオード、放電管、またはレーザーのほか、白色光源に光学フィルターやダイクロイックミラーなどを用いて、ナローバンド光を抽出したものでもよい。

図面２は、ヘモグロビンにおける光の波長と吸収を示した例である。このような場合、前記の「課題を解決する手段」における条件を満たすものとして、λ1を７６０ｎｍ、λ２を８００ｎｍ、λ３を９５０ｎｍとすることができる。この波長は、あくまでも一例であって、前記の条件を満たせば良い。

前記カメラ（１）に、撮影すべきナローバンド光以外の波長の光を除去する光学フィルターを装着してもよく、前記３種のナローバンド光の波長λ１、λ２、λ３が近赤外線領域にあるときは、可視光をカットし赤外線のみを透過するような光学フィルターやダイクロイックミラーなどを用いてもよい。

前記カメラ（１）にシャッターを装着し、光源が点灯している時だけ露光するようにしてもよい。

光源の光量と点灯タイミングの制御及び画像取り込みインターフェース（７）は、カメラ（１）あるいは、コンピュータ（８）に内蔵してもよく、光源の光量と点灯タイミングの制御と画像取り込みインターフェースは、別々の筐体であってもよい。

対象物（９）として例示しているのは、口から突き出した舌である。これを、還元ヘモグロビンが酸化ヘモグロビンより吸収が多い波長であるλ１の光源（２）で照明し撮影した画像をλ１画像（１１）、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンが等吸収となる波長を中心として好ましくは±１０ｎｍの波長λ２の光源（３）で照明し、撮影した画像をλ２画像（１２）、酸化ヘモグロビンが還元ヘモグロビンより吸光が多い波長λ３の光源（４）で照明し撮影した画像をλ３画像（１３）とする。なお、これら３つの光源は、時系列的に切り替えて点灯するものとする。

λ１画像（１１）を赤画像（１４）、λ２画像（１２）を緑画像（１５）、λ３画像（１３）を青画像（１６）に割り振り、ＲＧＢカラー方式にて加色混合（１７）にてコンピュータ（８）にてカラー画像化する。また、前記３波長画像、すなわちλ１画像、λ２画像、λ３画像とＲＧＢカラー画像を構成するための、赤画像、緑画像、青画像との対応はそれぞれが１対１対応であれば良く、他の組み合わせであってもよい。

実施例では３波長λ１、λ２、λ３の光源を使い、３波長の画像を撮影しているが、本考案は、前記λ1、λ２、λ３の３波長の画像をもちいてカラー画像を生成することにあり、光源に白色光源や前記３波長の混合光の光源を用い、３台のカメラを用いカメラ側にλ1、λ２、λ３の３波長の光学フィルターやダイクロイックミラーなどを設置して、各波長の画像を撮影してもよい。

３台のカメラを用いる上記の方法の代わりに、前記λ1、λ２、λ３の３波長のフィルターを撮像素子上に構成した１台のカメラを用いてもよい。

このようにして、生成されたＲＧＢカラー画像の、色相、彩度、輝度を調整し見やすくする機能（１８）を持たせることができる。また、色相、彩度、輝度を数値データやグラフとして出力する機能をコンピュータ（８）に持たせることができる。

本実施例の結果として、舌の血流における酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビン分布が舌の色調の違いとして画像化（１９）される。もちろん、これは例であるから、舌以外の組織でも可能である。

本発明に係る撮影技術は、生物組織のヘモグロビンの酸化還元度合いをカラー画像として可視化することができ、有用な医療機器技術であり、医療機器産業にて製造価値があるため、産業上の利用価値がある。

１：カメラ
２：λ１光源（還元ヘモグロビンが酸化ヘモグロビンより吸収が多い波長）
３：λ２光源（酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンが等吸収となる波長）
４：λ３光源（酸化ヘモグロビンが還元ヘモグロビンより吸収が多い波長）
５：拡散板
６：照射野
７：光源の制御回路とカメラインターフェース
８：コンピュータ
９：対象物（本例では舌）
１１：λ１画像（還元ヘモグロビンが酸化ヘモグロビンより吸収が多い波長で撮影）
１２：λ２画像（酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンが等吸収となる波長で撮影）
１３：λ３画像（酸化ヘモグロビンが還元ヘモグロビンより吸収が多い波長で撮影）
１４：Ｒ画像（赤）
１５：Ｇ画像（緑）
１６：Ｂ画像（青）
１７：ＲＧＢ加色混合によるカラー画像生成
１８：色相、彩度、輝度の調整
１９：ＲＧＢカラー画像の表示

Claims (3)

1. ヒトを含む動物のヘモグロビンにおいて光の吸収が、還元ヘモグロビンが酸化ヘモグロビンより吸収が多い波長λ1で撮影した画像をλ１画像、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンで等吸収となる波長λ２を中心として好ましくは±１０ｎｍの波長で撮影した画像をλ２画像、酸化ヘモグロビンが還元ヘモグロビンより吸収が多い波長λ３で撮影した画像をλ３画像とした時、λ１画像、λ２画像、λ３画像をそれぞれ赤画像、緑画像、青画像のいずれかに１対１で対応させ、ＲＧＢカラー方式にて加色混合にてカラー画像化して、画像を表示、記録、解析する方法であり、連続撮影や動画撮影を含む方法。
2. 請求項1におけるλ１画像、λ２画像、λ３画像を撮影する際の光の波長λ１、λ２、λ３に近赤外線領域を含む本発明の方法。
3. 請求項1及び２における画像生成方法と医療機器を組み合わせた本発明による装置。
   

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