JP7276841B2 - Blood flow evaluation device. - Google Patents
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Description
本発明は、生体の抹消動脈の状態を測定する血流評価装置に係り、詳しくは抹消動脈疾患の診断に対して、より具体的に中枢血管系の疾患の予測を可能とする血流評価装置に関する。 The present invention relates to a blood flow evaluation device for measuring the state of peripheral arteries in a living body, and more specifically, a blood flow evaluation device that enables more specific prediction of diseases in the central vascular system for diagnosing peripheral artery diseases. Regarding.
通称PAD(Peripheral Arterial Disease)と呼ばれる抹消動脈疾患は、心臓の冠動脈疾患と同様、血管内に脂質による沈着物が形成されて動脈が狭まり、血流が制限されることによって起こる病気である。PADの多くは下肢で発症し、治療せずにPADを放置すると歩行が困難になり、さらに重度の段階まで進むと足先に壊疽が生じて下肢切断に至る場合がある。また、PAD患者は、体内の他の部位でも動脈が狭まっている場合が多い。このため、PAD患者は、「心筋梗塞」あるいは「脳梗塞」を起こすリスクが高い状態にあると考えられる。 Peripheral artery disease, commonly called PAD (Peripheral Arterial Disease), is a disease caused by narrowing of arteries and restriction of blood flow due to the formation of lipid deposits in blood vessels, similar to coronary artery disease of the heart. PAD often develops in the lower extremities, and if PAD is left untreated, it becomes difficult to walk, and if it progresses to a severe stage, gangrene develops in the toes, leading to amputation of the lower extremities in some cases. PAD patients also often have narrowed arteries elsewhere in the body. Therefore, PAD patients are considered to be at high risk of "myocardial infarction" or "cerebral infarction".
PADの一般的な診断方法として足関節上腕血圧比(ABI:Ankle Brachial Pressure Index)の検査がある。ABI検査は、足関節と上腕部の血圧を測定し、それぞれの血圧測定値を比較して血流に問題があるか確認する。そこで、足関節の血圧が上腕部血圧より低い場合は心臓から足までの動脈に問題ありと疑われる。特に足の血流が悪くなると足の血圧が上腕部の血圧より極端に低くなり、抹消動脈疾患が疑われ、さらに超音波や血管造影などの精密検査が行われる。しかし、この検査では、抹消血管が壊死し、切断して治療すべき部位がどの箇所なのかが分かりにくいと言う問題があった。そのため、やむを得ず切断部位を必要以上に大きく画定する場合があった。 As a general diagnostic method for PAD, there is an examination of the ankle brachial pressure index (ABI). An ABI test measures blood pressure in the ankle and upper arm and compares the blood pressure readings to see if there is a problem with blood flow. Therefore, if the ankle joint blood pressure is lower than the brachial blood pressure, it is suspected that there is a problem with the arteries from the heart to the legs. In particular, when the blood flow in the legs becomes poor, the blood pressure in the legs becomes extremely lower than the blood pressure in the upper arm, and peripheral arterial disease is suspected. However, in this examination, there is a problem that it is difficult to understand which part of the peripheral blood vessel is necrotic and which part should be cut and treated. Therefore, in some cases, the cleaved site was unavoidably defined to be larger than necessary.
一方、生体の末梢循環状態を客観的に知る技術として、指、手首、腕等を圧迫して末梢部分を虚血状態にした後に、開放を行い、そのときの末梢部分表面を光学的に計測して、末梢循環の程度を客観的に測定する方法が開示されている(特許文献1,2参照)。 On the other hand, as a technique to objectively know the peripheral circulatory state of the living body, after putting pressure on the finger, wrist, arm, etc. to put the peripheral part in an ischemic state, release it and optically measure the surface of the peripheral part at that time. Thus, a method for objectively measuring the degree of peripheral circulation has been disclosed (see Patent Documents 1 and 2).
しかしながら、特許文献1にて開示された技術は、圧迫する部位と計測する部位とを同じとすることで、指先等の末梢部分の循環状態を評価することに特化しており、PADの診断に対して客観的な測定結果を提供するものではなかった。また、特許文献2にて開示された技術は、複数の部位、例えば、右手の指先と左手の指先、それぞれの圧迫から開放されたときの血液再充填時間を比較することで循環器系の評価を行うものであり、PADの診断に対して客観的な測定結果を提供するものではなかった。さらに、特許文献1,2にて開示された技術を装置化する場合は、構成が複雑となり、コスト的にも大きいものとなっていた。 However, the technique disclosed in Patent Document 1 specializes in evaluating the circulatory state of peripheral parts such as fingertips by making the area to be pressed and the area to be measured the same, and is useful for diagnosing PAD. However, it did not provide objective measurement results. In addition, the technology disclosed in Patent Document 2 evaluates the circulatory system by comparing the blood refilling time when pressure is released from multiple sites, for example, the fingertips of the right hand and the fingertips of the left hand. and did not provide objective measurement results for the diagnosis of PAD. Furthermore, when the techniques disclosed in Patent Literatures 1 and 2 are to be implemented as an apparatus, the configuration is complicated and the cost is high.
本発明は、前記背景におけるこれらの実情に鑑みてなされたものであり、PADの診断に対して、解剖学的な前頸骨系、後頸骨系、腓骨動脈系の支配領域についても守備範囲に含めて、より具体的に中枢血管系の疾患の予測を可能とするとともに構成が簡単で安価な構成も可能な血流評価装置を提供することをその目的とする。 The present invention has been made in view of these circumstances in the above-mentioned background, and includes the anatomical control areas of the anterior tibial system, the posterior tibial system, and the peroneal artery system for the diagnosis of PAD. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a blood flow evaluation apparatus that enables more specific prediction of diseases of the central vascular system and that has a simple and inexpensive configuration.
本発明は、前記目的を達成するためのより具体的に中枢血管系の疾患の予測を可能とする血流評価装置である。本発明の一態様は、足首に装着され、駆血及び開放するための加圧手段と、該加圧手段から足指側に延在する足先部を有彩色で撮像する撮像手段と、該撮像手段が取得した画像を時系列で記録するとともに、取得した該画像を色空間に正規化する画像処理を行う解析手段と、前記画像処理結果を用いて前記足の血流状態を推定する推定手段と、を備えている。そして、該推定手段は、前記加圧手段を開放した後の前記画像の特定の表色に係る色度座標値の時間的変化を表示するとともに、時間的変化量を算出し、該時間的変化量が負となったときに回復状態に推移したと推定し、前記開放から前記回復状態までの回復時間を計測するものである。 To achieve the above object, the present invention is a blood flow evaluation apparatus capable of more specifically predicting diseases of the central vascular system. One aspect of the present invention is a pressurizing means attached to the ankle for avascularization and release, an imaging means for imaging a toe extending from the pressurizing means to the toe side in chromatic colors, and the An analysis means for recording the images acquired by the imaging means in chronological order and performing image processing for normalizing the acquired images to a color space; and means. Then, the estimating means displays a temporal change in chromaticity coordinate values relating to a specific color specification of the image after the pressurizing means is released, calculates the amount of temporal change, and calculates the temporal change. When the amount becomes negative, it is assumed that the recovery state has occurred, and the recovery time from the release to the recovery state is measured.
本構成は、末梢動脈疾患が顕在しやすい足先部を対象としている。患者の足首に駆血帯等の加圧手段を装着し、駆血・開放を行うことにより足先部の血流を変化させる。この血流の変化は、足先部の表面の色変化として表出することから、ビデオカメラ等の撮像手段にて足先部を有彩色で撮像する。撮像した動画像は、画像データをディジタル化するため色空間に正規化処理が行われる。色空間の正規化とは、例えば、色差の最大となる白と黒の距離をMAXとして、その間の色を0~1で数値化することを意味する。なお、撮像する画像の条件を安定させるために、撮像手段には発行素子、受光素子が含まれる構成としてもよい。 This configuration is intended for the toes where peripheral arterial disease is likely to manifest. A pressurization means such as a tourniquet is attached to the patient's ankle, and the blood flow in the toe is changed by performing avascularization and release. Since this change in blood flow is expressed as a color change on the surface of the toe, the toe is imaged in chromatic colors by imaging means such as a video camera. A captured moving image is subjected to normalization processing in the color space in order to digitize the image data. Normalization of the color space means, for example, digitizing the color between 0 and 1 with the distance between white and black at which the color difference is maximum as MAX. In order to stabilize the condition of the image to be captured, the imaging means may be configured to include the light-emitting element and the light-receiving element.
数値化された色座標値を、例えば、特定の表色に係る閾値を設けて2値化し、閾値以上の座標を含む領域の面積を算出したり、撮像領域全体にわたる座標値の総計を算出したり、することによって、足先部の表面色変化の時間的変化量がディジタル化して算出される。駆血をして、その後開放したとき、足先部の表面の色は、通常白っぽい状態から、急に赤味を増し、平常の表面色に戻ることから、推定手段は、例えば赤味について時間的変化量の傾きが負になる(前述した面積の減少や、座標値総計の減少等を意味する)時点を回復状態と推定する。 For example, the digitized color coordinate values are binarized by setting a threshold for a specific color specification, and the area of an area including coordinates equal to or greater than the threshold is calculated, or the total coordinate value over the entire imaging area is calculated. By doing so, the temporal change amount of the surface color change of the toe portion is digitized and calculated. When the blood is staunched and then released, the color of the surface of the toe suddenly increases from whitish to a normal surface color. It is assumed that the recovery state is reached when the slope of the target change becomes negative (meaning the aforementioned decrease in area, decrease in total coordinate value, etc.).
本発明によれば、加圧手段を使って足首に巻きつけることにより血流を変化させ、撮像手段で記録し、解析手段で画像処理を行い、そして駆血から解除の過程から、血流の滞る部分を可視化することができる。このように、血流が可視化されるため、切断箇所の確認、選定行為を支援することで、医師の熟練度に関わらず誤差が少なく、かつ患者の負担を軽減する手術に至る診断を可能にする。また、簡単な構成であり、精度等に応じて安価な構成、例えばスマートフォンに専用のアプリケーションを搭載することで、健常者が日々の健康管理に利用することもできる。 According to the present invention, the blood flow is changed by wrapping it around the ankle using the pressurizing means, recording it with the imaging means, performing image processing with the analyzing means, and starting from the process of releasing the hemostasis from the blood flow. It is possible to visualize the stagnant part. In this way, blood flow can be visualized, and by supporting the actions of confirming and selecting amputation points, it is possible to make diagnoses that lead to surgery with fewer errors and less burden on the patient, regardless of the skill level of the doctor. do. In addition, it has a simple configuration and can be used by healthy people for daily health management by installing a dedicated application on a smartphone with a low-cost configuration depending on the accuracy and the like.
前記構成において、前記時間的変化量が正であって、予め設定された所定時間区分での増分が減少したときの前記開放からの時間を計測し、該時間を前記回復時間から減じて、血管拡張性反応時間を算出することができる。 In the above configuration, the amount of change over time is positive and the time from the opening when the increment in a predetermined time segment decreases is measured, and the time is subtracted from the recovery time to The expansive reaction time can be calculated.
発明者等は、ABI検査において、駆血の開放から回復に至る過程で、まず血管が急激に広がり、続いて広がりの速度は落ちるもののさらに広がり、その後通常の血管へと回復することを発見した。このように末梢動脈の血流の流量増加は、おおよそ2段階で推移すると考えられる。仮に、解放後の急激な広がりをフェーズ1、その後の広がりをフェーズ2とすると、発明者等の知見から、フェーズ2の持続時間が生体の血流動態の活性状態を示すと推定されている。すなわち、フェーズ2の持続時間が短ければ、健康状態であると判断しても良く、逆にフェーズ2の持続時間が長ければ、血流が滞る状態であって、末梢血管が壊死している可能性も想定することができる。 In the ABI examination, the inventors found that in the process from the release of avascularization to recovery, the blood vessels first expanded rapidly, then expanded further, although the rate of expansion slowed down, and then recovered to normal vessels. . In this way, it is thought that the increase in blood flow in peripheral arteries changes in roughly two stages. Assuming that rapid spread after release is Phase 1 and subsequent spread is Phase 2, the duration of Phase 2 is presumed to indicate the active state of hemodynamics in the living body from the findings of the inventors. That is, if the duration of phase 2 is short, it may be determined that the patient is in a healthy state, and conversely, if the duration of phase 2 is long, blood flow is stagnant and peripheral blood vessels may be necrotic. Gender can also be assumed.
前記構成によれば、血流状態の可視化を可能にして、PADの診断支援をすることができるともに抹消欠陥の健康状態の診断支援をすることができる。さらには、切断箇所の指示支援によって、従来と比べて、より患者の負担を軽減させる手術を行うことを可能とする。 According to the above configuration, it is possible to visualize the state of blood flow to support the diagnosis of PAD and to support the diagnosis of the health state of peripheral defects. Furthermore, by assisting in the indication of the cutting point, it is possible to perform surgery with less burden on the patient than in the past.
戦記構成において、前記推定手段が、前記開放から前記回復状態までの間で、前記時間的変化量が予め設定された所定値以下であるとき、信号を発生させることができる。 In the combat configuration, the estimating means can generate a signal when the temporal variation is less than or equal to a predetermined value from the release to the recovery state.
前記したように、血流の流量増加は、解放後の急激な広がり(フェーズ1)、その後の広がり(フェーズ2)に伴い2段階で推移する。フェーズ1からフェーズ2への移行のタイミングは、時間的変化量が予め設定された所定値以下となったときであると推定される。前記構成によれば、この移行のタイミングを記録することができ、ディジタルな時間として血流評価を判断する上での支援を可能としている。 As described above, the increase in the flow rate of the blood flow changes in two stages, following rapid spread after release (Phase 1) and subsequent spread (Phase 2). It is estimated that the timing of transition from phase 1 to phase 2 is when the amount of change over time becomes equal to or less than a predetermined value set in advance. According to the above configuration, the timing of this transition can be recorded, and can be used as digital time to assist in determining the blood flow evaluation.
前記構成において、前記足先部が前記足の甲もしくは裏またはその両方を含むようにすることができる。 In the above configuration, the toe portion may include the instep and/or the sole of the foot.
血流の変化は、足先部の表面となる足の裏もしくは表となる甲にて観察できる。足裏と甲とを比べると、血流は、足裏の方が多いが、より正確な判断する上での支援をするには、足裏と甲の両方を観察することが必要となる。しかしながら、両方同時に観察する場合には撮像装置が複数必要となること、また足裏の観察には、足を置くこと、さらには固定する台等を必要となること等から、装置のサイズが大きくなる、もしくはコストが高くなる等の課題が生ずる。しかし、足裏もしくは足の甲であっても、両方同時と比べて評価精度が落ちるとしても、血流評価支援となる観察は可能となる。そのため、前記構成によれば、足先部の表面となる足の裏もしくは表となる甲またはその両方を含む箇所を観察するものとしている。 Changes in blood flow can be observed on the sole of the foot, which is the surface of the toe, or the instep, which is the surface of the toe. Compared to the sole and the instep, blood flow is greater in the sole, but it is necessary to observe both the sole and the instep to assist in making more accurate decisions. However, when observing both at the same time, a plurality of imaging devices are required, and when observing the soles of the feet, it is necessary to put the feet on and a table to fix them, etc., so the size of the device is large. problems such as increased cost or higher cost. However, even if it is the sole or the top of the foot, even if the evaluation accuracy is lower than when both are observed at the same time, it is possible to perform observations that support blood flow evaluation. Therefore, according to the above configuration, the observation is made at a site including the sole of the foot, which is the surface of the toe portion, or the instep, which is the surface of the toe, or both.
前記構成において、前記色空間は、RGB色空間であり、前記特定の表色はRとすることができる。 In the above configuration, the color space may be an RGB color space, and the specific color specification may be R.
前記構成によれば、色空間の一例としてRGB色空間を適用することができる。RGB色空間による処理は、例えば 1)R値のみの輝度値変化から最大値、最小値を得て正規化、反転処理を行う、 2)そして、R値/(G値+B値) の処理を行い、相対的な(ヒトが認識する)「赤っぽさ(赤味)」の取得値での正規化反転処理を行う、等の処理が該当する。RGB色空間は、原色をR(赤、700nm)、G(緑、546.1nm)、B(青、435.8nm)とする表色系であり、色を座標で数値化することができる。前記したように、特定の表色に係る閾値を設けて2値化し、閾値以上の座標を含む領域の面積を算出したり、撮像領域全体にわたる座標値の総計を算出したり、することによって、足先部の表面の色変化の時間的変化量がディジタル化して算出することができる。なお、RGB色空間に限らず、カラープロファイルとして記録可能な色空間(RGBA,YCbCr,CMYK,Lab color等)であれば、色空間として適用することができることは言うまでもない。 According to the configuration, the RGB color space can be applied as an example of the color space. Processing in the RGB color space, for example, is as follows: 1) Obtain the maximum and minimum values from changes in the luminance value of only the R value and perform normalization and inversion processing; 2) Then, process the R value/(G value + B value). and perform normalization inversion processing with the acquired value of relative (perceived by humans) “redness (redness)”. The RGB color space is a color system in which the primary colors are R (red, 700 nm), G (green, 546.1 nm), and B (blue, 435.8 nm), and colors can be quantified by coordinates. As described above, by setting a threshold for a specific color specification and binarizing, calculating the area of a region containing coordinates equal to or higher than the threshold, or calculating the sum of coordinate values over the entire imaging region, The amount of temporal change in color change on the surface of the toe can be digitized and calculated. Needless to say, any color space that can be recorded as a color profile (RGBA, YCbCr, CMYK, Lab color, etc.) can be applied as the color space without being limited to the RGB color space.
前記構成において、前記色空間は、HSV色空間であり、前記特定の表色はSとすることができる。 In the configuration, the color space may be the HSV color space, and the specific color specification may be S.
HSV色空間は、色相(Hue)、彩度(Saturation・Chroma)、明度(Value・Lightness・Brightness)の三つの成分からなる色空間であり、ここで彩度(S)は色の鮮やかさを示す。前記構成によれば、HSV色空間において、彩度(S)を用いて、画像を二値化することで、画像を評価領域と背景領域とに画定することができる。このため、評価領域以外の色や光による外乱の影響を受けることなく、RGB色空間等によって評価領域の解析を行うことができる。なお、彩度(S)を用いた背景領域の画定は、観察の初期段階に行えばよく、その後は画定された評価領域に基づいてRGB等の色空間に基づき解析を行えば良い。 The HSV color space is a color space consisting of three components: Hue, Saturation/Chroma, and Value/Lightness/Brightness. show. According to the above configuration, the image can be defined into the evaluation area and the background area by binarizing the image using the saturation (S) in the HSV color space. Therefore, it is possible to analyze the evaluation area using the RGB color space or the like without being affected by disturbances due to colors or light outside the evaluation area. Defining the background region using the saturation (S) may be performed at the initial stage of observation, and after that, analysis may be performed based on a color space such as RGB based on the demarcated evaluation region.
本発明は、PADの診断に対して、解剖学的な前頸骨系、後頸骨系、腓骨動脈系の支配領域についても守備範囲に含めて、より具体的に中枢血管系の疾患の予測を可能とする血流評価装置を提供することができる。 For the diagnosis of PAD, the present invention includes the anatomical control areas of the anterior tibial system, the posterior tibial system, and the peroneal artery system, making it possible to more specifically predict diseases of the central vascular system. A blood flow evaluation device can be provided.
以下、図1~図3を参照して、本発明の一実施形態について説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る全体構成図である。図2は、本発明の一実施形態に係るブロック構成図である。図3は、本発明の一実施形態に係る血流評価の一例(健康状態)である。以下の説明において、異なる図面においても同じ符号を付した構成は同様のものであるとして、その説明を省略する場合がある。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 3. FIG. FIG. 1 is an overall configuration diagram according to one embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block configuration diagram according to one embodiment of the present invention. FIG. 3 is an example of blood flow evaluation (health condition) according to one embodiment of the present invention. In the following description, it may be assumed that configurations denoted by the same reference numerals in different drawings are the same, and description thereof may be omitted.
本発明に係る血流評価装置は、足首に装着され、駆血及び開放するための加圧手段と、該加圧手段から足指側に延在する足先部を有彩色で撮像する撮像手段と、該撮像手段が取得した画像を時系列で記録するとともに、取得した該画像を色空間に正規化する画像処理を行う解析手段と、前記画像処理結果を用いて前記足の血流状態を推定する推定手段と、を備え、該推定手段は、前記加圧手段を開放した後の前記画像の特定の表色に係る色度座標値の時間的変化を表示するとともに、時間的変化量を算出し、該時間的変化量が負となったときに回復状態に推移したと推定し、前記開放から前記回復状態までの回復時間を計測する構成であれば、その具体的態様はいかなるものであっても構わない。 The blood flow evaluation apparatus according to the present invention comprises pressurizing means attached to the ankle for avascularization and release, and imaging means for imaging the toe extending from the pressurizing means to the toe side in chromatic colors. an analysis means for performing image processing for recording the images acquired by the imaging means in chronological order and normalizing the acquired images to a color space; estimating means for estimating, wherein the estimating means displays the temporal change in the chromaticity coordinate value related to the specific color specification of the image after the pressure means is released, and calculates the amount of temporal change; Any specific mode can be used as long as it is configured to calculate the amount of change over time, estimate that the state has transitioned to the recovery state when the amount of change with time becomes negative, and measure the recovery time from the release to the recovery state. It doesn't matter if there is.
<装置の説明>
図1、2を参照すると、本発明の一実施形態に係る血流評価装置100は、足首10に装着され、駆血及び開放するための加圧手段110と、この加圧手段110から足指22側に延在する足先部20を有彩色で撮像する撮像手段120,125と、撮像手段120,125が取得した画像を時系列で記録するとともに、取得した画像を色空間に正規化する画像処理を行う解析手段130と、画像処理結果を用いて足の血流状態を推定する推定手段150を備えている。さらに推定手段150が推定した結果を表示する表示部160、結果に応じて音や光等の信号を発生する報知部170を備えるものでもよい。
<Description of the device>
Referring to FIGS. 1 and 2, a blood
加圧手段110は、腕用の駆血帯と同様なゴム製袋状のカフ、マンシェットと呼ばれる圧迫帯を足首10に巻回して、図示しないポンプ等によって空気を送り込み、昇圧させて、足先部20を駆血するものである。昇圧する圧力は、足先部20の色合い・脈等、被験者の状況を見て設定する。
The pressurizing means 110 includes a rubber bag-like cuff similar to a tourniquet for an arm, or a compression band called a manchette, which is wrapped around the
撮像手段120,125は、足先部20の足指22方向の足甲24を有彩色で撮像する撮像手段120と足裏26を有彩色で撮像する撮像手段125を備えている。これらは一方だけを備える、もしくは両方を備える、いずれの構成でも良い。撮像手段120,125は、加圧手段110の昇圧から加圧手段110の解放さらには血流の回復までを連続的に撮像し、撮像した画像データを解析手段130へ送出する。
The imaging means 120 and 125 include an imaging means 120 for imaging the
撮像手段120,125には、有彩色で撮像できる機器・デバイスであるビデオカメラやCCDイメージセンサ等の撮像素子を適用することができる。撮像手段120,125が検出する光線は、色空間の分析を行うための可視光となる。しかし、赤外光など、撮像する状況に応じて選択してもよい。例えば、赤外光、特に近赤外光を適用すれば、外部からの光源が少ない場面であっても、照準を定めるための画像を取得することができる。なお、撮像する画像の条件を安定させるために、撮像手段には撮像のための受光素子122,127とともに対象を照射するライト等の発光素子121,126が含まれる構成としてもよい。 Imaging elements such as a video camera and a CCD image sensor, which are equipment/devices capable of imaging in chromatic colors, can be applied to the imaging means 120 and 125 . Light rays detected by the imaging means 120 and 125 are visible light for color space analysis. However, infrared light or the like may be selected according to the imaging situation. For example, by applying infrared light, especially near-infrared light, it is possible to acquire an image for aiming even in a scene with few external light sources. In order to stabilize the condition of the image to be captured, the image capturing means may include the light receiving elements 122 and 127 for image capturing as well as the light emitting elements 121 and 126 such as lights for illuminating the object.
解析手段130および推定手段150は、それぞれマイクロコンピュータで構成されており、演算を行うプロセッサCPU、制御プログラムおよび各種データのリスト、テーブル、マップ等の演算・記録に必要なものを格納するROM、およびCPUによる演算結果などを一時記憶するRAMを有する。解析手段130および推定手段150は、不揮発性のメモリを備えており、必要なデータなどをこの不揮発性メモリに保存する。不揮発性メモリは、書き換え可能なROMであるEEPROM、または電源がオフにされていても保持電流が供給されて記憶を保持するバックアップ機能付きのRAMで構成することができる。以下では、解析手段130および推定手段150を個別の手段として説明するが、一つのマイクロコンピュータとして両方の機能を備える構成としても良い。 The analyzing means 130 and the estimating means 150 are each composed of a microcomputer, and include a processor CPU that performs calculations, a ROM that stores control programs and various data lists, tables, maps, and other items necessary for calculation and recording, and It has a RAM that temporarily stores the results of calculations by the CPU. The analyzing means 130 and the estimating means 150 have a nonvolatile memory, and store necessary data and the like in this nonvolatile memory. The non-volatile memory can be composed of an EEPROM, which is a rewritable ROM, or a RAM with a backup function that retains memory by supplying a retention current even when the power is turned off. Although the analyzing means 130 and the estimating means 150 will be described below as separate means, they may be configured to have both functions as one microcomputer.
解析手段130は、撮像手段120,125(受光素子122,127)が取得した画像を時系列で記録するとともに、取得した画像を色空間に正規化する画像処理を行う。正規化する画像処理とは、撮像した画像データをディジタル化するため、例えば、色差の最大となる白と黒の距離をMAXとして、その間の色を0~1で数値化するものである。正規化することで、画像データを一定のルールに基づいて変形・比較・演算等、利用しやすくすることができる。 The analysis means 130 records the images acquired by the imaging means 120 and 125 (light receiving elements 122 and 127) in time series, and performs image processing for normalizing the acquired images in a color space. The normalizing image processing digitizes captured image data, for example, digitizing the color between 0 and 1 with the distance between white and black having the maximum color difference as MAX. By normalizing the image data, it is possible to make the image data easier to use for deformation, comparison, calculation, etc. based on a certain rule.
解析手段130は、例えば、受光素子122,127から送出されたデータを所定の領域に画定する色空間変換部132と、画定された画像を元に評価する画像を生成する評価画像生成部138を備える構成してもよい。
The analysis means 130 includes, for example, a color
色空間変換部132は、例えば、HSV色空間の彩度(S)を用いて、画像を二値化することで、画像を血流評価する足先部20の評価領域と足先部20を置いている周囲の状況が映り込んだ背景領域とに画定する背景領域画定部134を含む構成とすることができる。このような画定をすることで、評価領域以外の色や光による外乱の影響を受けることなく、その後の足先部20表面における色空間による解析を行うことができる。なお、彩度(S)を用いた背景領域の画定は、観察の初期段階に行えばよく、その後は画定された評価領域に基づいてRGB等の色空間に基づき解析を行えば良い。また、評価に対して外乱や光の散乱等の影響が少ない場合については、背景領域画定部134を備えない構成としてもよい。
The color
色空間変換部132は、例えば、背景領域画定部134によって背景が除かれた画像をRGB色空間に正規化する評価領域画定部136が含まれる構成とすることができる。RGB色空間による処理は、血流の「赤味」が表出されることからR値に注目し、R値のみの時系列な輝度値の変化を取得し、その最大値、および最小値より、その間の色を0~1もしくは8bitの階調で表現する場合には0~255で数値化する(正規化)。輝度最大の赤色は、0~1とした場合、(1,0,0)と表され、0~255とした場合、(255,0,0)と表すことができる。なお、前記したように、RGB色空間に限らず、カラープロファイルとして記録可能な色空間(RGBA,YCbCr,CMYK,Lab color等)であれば、色空間として適用することができることは言うまでもない。さらにそれぞれの色空間を組み合わせ、演算することで、評価部位をより顕在化させることもできる。
The color
また、RGB色空間による処理において、血流の状態を顕出させることができれば、赤(R値)のみではなく、他の色である緑、青、もしくは黒、白等の色要素を適宜選択することもできる。 In addition, if the state of blood flow can be revealed in the processing using the RGB color space, not only red (R value) but also other colors such as green, blue, black, and white can be appropriately selected. You can also
評価画像生成部138は、例えば、R値に対して、適当な閾値を設けて2値化し、さらに反転処理を行うことで、評価する範囲を明確にすることができる。また、「赤味」とその他の色との境界が明確にならない場合は、画像のドット単位等でそれぞれの値を総計して、全体的な「赤味」の変化を示すように評価画像生成部138を構成してもよい。評価画像生成部138が処理した画像データは次に推定手段150に送出される。
For example, the evaluation
推定手段150を説明する前に、図3を参照して、健康状態における血流評価の一例を説明する。図3の縦軸は評価画像生成部138が処理した画像データのR値を、横軸は時間を表している。R値は、時間経過に伴い段階的な変化をしており、それぞれのフェーズ(段階)を経時的に説明する。
Before describing the estimating means 150, an example of blood flow evaluation in a healthy state will be described with reference to FIG. The vertical axis in FIG. 3 represents the R value of the image data processed by the evaluation
「常態」フェーズは、足首10に加圧手段110を装着する前の足先部20の画像データR値であり、同じ値で推移している。そして、「駆血開始」のイベントにて、足首10に加圧手段110が装着され「駆血」フェーズに移行する。「駆血」フェーズでは、足先部20に血液が流れないことから、「赤味」が漸減するに伴いR値が減少している。
The "normal state" phase is the image data R value of the
「駆血開放」のイベントで足首10の加圧手段110が解除され、足先部20の血流が復活し、「駆血開放」に伴い、足先部20の「赤味」が増加して、R値の急激な上昇がみられる。前記したように、発明者は、ABI検査において、駆血の開放から回復に至る過程で、まず血管が急激に広がり、続いて広がりの速度は落ちるもののさらに広がり、その後通常の血管へと回復することを発見した。このように末梢動脈の血流の流量増加は、おおよそ2段階で推移すると考えられ、R値の急激な上昇は、血管の急激な広がりを表す「フェーズ1」が観察される。
The pressurizing means 110 of the
次にR値の時間的な上昇は、多少緩和される、すなわち通常の血管へと回復する「フェーズ2」が観察される。前記したように、発明者等の知見から、フェーズ2の持続時間が生体の血流動態の活性状態を示すと推定されている。すなわち、フェーズ2の持続時間が短ければ、健康状態であると判断しても良く、逆にフェーズ2の持続時間が長ければ、血流が滞る状態であって、末梢血管が壊死している可能性も想定することができる。 Next, the rise in R value over time is moderated somewhat, ie, "Phase 2" is observed in which normal blood vessels are restored. As described above, from the findings of the inventors, it is estimated that the duration of Phase 2 indicates the active state of hemodynamics in the living body. That is, if the duration of phase 2 is short, it may be determined that the patient is in a healthy state, and conversely, if the duration of phase 2 is long, blood flow is stagnant and peripheral blood vessels may be necrotic. Gender can also be assumed.
「フェーズ2」が終了すると、「常態」への回復過程に入り、R値は下降して、血流評価は終了する。 When "Phase 2" ends, the recovery process to "normal" is entered, the R value decreases, and the blood flow evaluation ends.
推定手段150は、「駆血開放」のイベント後の「フェーズ2」から「回復」への移行、すなわち、R値(「赤味」)について時間的変化量の傾きが負になる(前述した面積の減少や、座標値総計の減少等を意味する)時点を回復状態と推定して、回復時間T2Nを算出する。さらに、推定手段150は、「駆血開放」のイベント後の「フェーズ1」から「フェーズ2」への移行、R値の時間的変化量が正であって、予め設定された所定時間区分での増分が減少したときの「駆血開放」のイベントからの時間を計測し、この時間を回復時間T2Nから減じて、血管拡張性反応時間T1Nを算出する。なお、予め設定された所定時間区分を設けているのは、例えば、健康状態において想定される血管拡張性反応時間T1Nと比べて、あまりにも短い時間が推定された場合は、周囲の光・色環境や色空間の設定等に問題が存在し、スパイク状の外乱等によって生じた可能性があるためである。 The estimating means 150 determines the transition from “phase 2” to “recovery” after the “opening of avascularization” event, that is, the slope of the amount of change over time for the R value (“redness”) becomes negative (described above The recovery time T2N is calculated by estimating the recovery state at the point in time (meaning a decrease in area, a decrease in the total coordinate value, etc.). Furthermore, the estimating means 150 determines that the transition from "Phase 1" to "Phase 2" after the event of "Astasis release", the amount of temporal change in the R value is positive, and in a predetermined time segment set in advance The vasodilator response time T1N is calculated by measuring the time from the event of "cleavage of the blood vessels" when the increment of T1N decreases and subtracting this time from the recovery time T2N. The reason why the predetermined time interval is provided is that, for example, when the estimated time is too short compared to the vasodilator response time T1N assumed in a healthy state, the surrounding light/color This is because there is a possibility that there is a problem in the setting of the environment or color space, and that it is caused by a spike-like disturbance or the like.
表示部160は、一般的なディスプレイ・モニターであり、解析手段130が解析した図3に示すような時系列的なR値の推移、および推定手段150が推定した、回復時間T2N、血管拡張正反応時間T1Nを表示する。
The
報知部170は、図3に示すそれぞれのイベントやフェーズを音声や画像によって報知するものであり、被検者は検査の経過を確認することができる。また、推定手段150によって得られた推定結果に基づき、PAD診断評価の支援として、予め回復時間T2N、血管拡張正反応時間T1Nの閾値を定めて、これらを超える場合に報知する構成とすることもできる。
The
<血流評価例>
以下、図3~図5を参照して、本発明の一実施形態に係る血流評価の例について説明する。図4は、本発明の一実施形態に係る血流評価の一例(PAM)である。図5は、本発明の一実施形態に係る計測の状況を表す図である。なお、図3における健康状態での血流評価の例のイベントおよびフェーズについての説明は前記したとおりであるため、重複した説明は省略する。
<Example of blood flow evaluation>
An example of blood flow evaluation according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 3 to 5. FIG. FIG. 4 is an example of blood flow assessment (PAM) according to one embodiment of the present invention. FIG. 5 is a diagram showing the situation of measurement according to one embodiment of the present invention. Note that the events and phases of the example of blood flow evaluation in a healthy state in FIG. 3 have been described above, and redundant descriptions will be omitted.
まず図5を参照すると、足首10に加圧手段110にて駆血中および駆血開放をそれぞれ上下に並べている。左側の画像は一般的な可視光で計測した画像であり、右側の画像はR値に注目したRGB色空間による処理、すなわちR値のみの時系列な輝度値の変化を取得し、その最大値、および最小値より、その間の色を0~1もしくは8bitの階調で表現する場合には0~255で数値化し(正規化)、これをさらに反転処理したものである。なお、この例では、画像を血流評価する足先部20の評価領域と足先部20を置いている周囲の状況が映り込んだ背景領域とに画定する背景領域画定部134は備えていない。
First, referring to FIG. 5, the
図5に示すように、駆血中の計測画像を見ると足先部20の足甲24の表面は幾分白みがかった表色になっている。この計測画像をR値に対して正規化して、さらに所定の閾値により2値化、反転処理を行ったものが計測画像(反転処理)となる。この計測画像を見ると、ほぼ「赤味」のないことを示す暗い表色となる。
As shown in FIG. 5, the surface of the
次に同じ図5の駆血開放の計測画像について同様な画像処理を行った評価画像(反転処理)を見ると、「赤味」の部分の面積が多くなっていることが示される。このように、足先部20の色味変化の状況が顕出される。
Next, looking at the evaluation image (reversal processing) obtained by performing the same image processing on the same measurement image of open avascularization in FIG. 5, it is shown that the area of the “reddish” portion is increased. In this way, the state of color change of the
図5に示す実施形態にて、健康状態およびPAMの血流評価結果が、それぞれ図3、4に示される。図3と図4とを比較すると、回復時間T2N、血管拡張正反応時間T1Nと比べて、回復時間T2P、血管拡張正反応時間T1Pが長くなっている。 In the embodiment shown in FIG. 5, the health status and PAM blood flow assessment results are shown in FIGS. 3 and 4, respectively. Comparing FIG. 3 and FIG. 4, recovery time T2P and vasodilation normal response time T1P are longer than recovery time T2N and vasodilation normal response time T1N.
回復時間T2Pから血管拡張正反応時間T1Pを減じたものがフェーズ2の持続時間となる。そして、フェーズ2の持続時間が長ければ、血管内に脂質による沈着物が形成されて動脈が狭まり、血流が制限される状態であると推定され、末梢血管が壊死している可能性も想定することができる。 The duration of Phase 2 is the recovery time T2P minus the vasodilation correct time T1P. If the duration of phase 2 is long, it is presumed that lipid deposits are formed in the blood vessels, narrowing the arteries, restricting blood flow, and possibly necrosis of the peripheral blood vessels. can do.
このように、この血流評価例では、抹消血管が壊死し、切断して治療すべき部位がどの箇所なのかを判断する支援となり、切断部位を必要以上に大きく画定することを防止することができる。 Thus, in this example of blood flow evaluation, it is possible to assist in determining which part of the peripheral blood vessel is necrotic and should be cut and treated, and to prevent the cut part from being defined larger than necessary. can.
従来技術では、爪甲での変化をみており、あくまでも末梢中の末梢の変化をみるにすぎない。一方、本発明によれば、より中枢となる足首10に加圧手段110で駆血するため、より広範囲の足背、足底という部位をみることができ、解剖学的な前脛骨系、後脛骨系、腓骨動脈系の支配領域についての評価を支援することが可能になる。すなわち、より具体的に中枢血管系のトラブルの予測が可能となる。
In the prior art, changes in the nail plate are observed, and only changes in the periphery of the periphery are observed. On the other hand, according to the present invention, since the
実際の臨床においても、下腿ではこの3つの系統(前脛骨系、後脛骨系、腓骨動脈系)のどれが問題かといった点が治療のポイントにもなっており、また、足では前脛骨系、後脛骨系、腓骨動脈系の支配領域が解剖学的に決まっている。そこで、これらのポイントを本発明に係る血流評価装置でチェックすることで、より詳細な評価が可能となる。一方、従来技術で開示された爪甲では、前脛骨系、後脛骨系、腓骨動脈系のいずれかの末梢もしくはいくつかがまざった形の情報となるので、かなり曖昧とした情報になるおそれがある。 In actual clinical practice, it is important to determine which of these three systems (anterior tibia, posterior tibia, and peroneal artery) is the problem in the lower leg. The posterior tibial and fibular artery systems have anatomically determined regions. Therefore, by checking these points with the blood flow evaluation device according to the present invention, more detailed evaluation becomes possible. On the other hand, in the nail plate disclosed in the prior art, the information is in the form of a mixture of any peripheral or some of the anterior tibial system, posterior tibial system, and peroneal artery system, so there is a possibility that the information will be quite ambiguous. be.
以上説明したように、本発明は、PADの診断に対して、解剖学的な前頸骨系、後頸骨系、腓骨動脈系の支配領域についても守備範囲に含めて、より具体的に中枢血管系の疾患の予測を可能とする血流評価装置を提供することができる。また、多少の精度を落とした簡単な構成、例えばスマートフォンのアプリケーションにすることで、健常者の健康管理として利用することもできる。 As described above, the present invention includes the anatomical control areas of the anterior tibial system, the posterior tibial system, and the peroneal artery system for the diagnosis of PAD, and more specifically the central vascular system. It is possible to provide a blood flow evaluation device that can predict the disease of. It can also be used for health management of able-bodied persons by using a simple configuration with slightly reduced accuracy, such as a smartphone application.
10・・・足首
20・・・足先部
22・・・足指
24・・・足甲
26・・・足裏
100・・・血流評価装置
110・・・加圧手段
120,125・・・撮像手段
121,126・・・発光素子
122,127・・・受光素子
130・・・解析手段
132・・・色空間変換部
134・・・背景領域画定部
136・・・評価領域画定部
138・・・評価画像生成部
150・・・推定手段
160・・・表示部
170・・・報知部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
該加圧手段から足指側に延在する足先部を有彩色で撮像する撮像手段と、
該撮像手段が取得した画像を時系列で記録するとともに、取得した該画像をRGB色空間に正規化する画像処理を行う解析手段と、
前記画像処理結果を用いて前記足の血流状態を推定する推定手段と、を備え、
該推定手段は、
前記加圧手段を開放した後の前記画像の特定の表色として前記RGB色空間のRに係る色度座標値の時間的変化を表示するとともに、時間的変化量を算出し、
該時間的変化量が負となったときに、足先部の表面の色が、白っぽい状態から、赤味を増し、平常の表面色に戻る回復状態に推移したと推定し、
前記開放から前記回復状態までの時間を回復時間として計測し、
前記時間的変化量が正であって、予め設定された所定時間区分での増分が減少したときの前記開放からの時間を計測し、該時間を前記回復時間から減じて、血管拡張性反応時間を算出する、ことを特徴とする血流評価装置。 a pressurization means attached to the ankle for avascularization and release;
imaging means for imaging the toe portion extending from the pressurizing means toward the toe side in a chromatic color;
an analysis means for recording the images acquired by the imaging means in time series and performing image processing for normalizing the acquired images to an RGB color space;
estimating means for estimating the blood flow state of the leg using the image processing result;
The estimation means is
displaying a temporal change in a chromaticity coordinate value related to R in the RGB color space as a specific color specification of the image after the pressurizing means is released, and calculating the amount of temporal change;
When the amount of change over time becomes negative, it is estimated that the surface color of the toe part has changed from a whitish state to a recovery state in which the surface color increases to reddish and returns to a normal surface color ,
Measuring the time from the opening to the recovery state as recovery time,
Measure the time from the release when the temporal change amount is positive and the increment in a predetermined time interval decreases, and subtract the time from the recovery time to obtain the vasodilator response time A blood flow evaluation device , characterized in that it calculates
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