JPWO2011078266A1 - 生体内観察装置 - Google Patents
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Abstract
本発明は、血管造影剤が不要で、X線を使用せず、人体に無害で、体内の異物や動脈と静脈との両方の血管を確認することが可能である簡易な構成の生体内観察装置に係り、生体に対して800〜1000nmの波長領域に波長ピークを有する光を照射する光源と、前記生体を透過した光を受光して得られた画像データを出力する撮像装置と、を備えており、前記撮像装置は、0.4〜10μWの光を受光した際の出力あたりの最低検出光量が0.055μW/ビット以下のデジタルカメラであるものである。
Description
本発明は、任意の場所で容易に、リアルタイムの生体透視画像を取得することができる生体内観察装置に関する。
例えば、家庭内や事業所内等において、扉や機械等に指等を挟まれる等して、指肢を切断してしまう事故が起こることがある。このように指肢を切断した場合は、鋭利な刃物等により切断した場合とは異なり、切断箇所における血管をはじめとする組織は潰れた状態になる。このため、従来、このような切断箇所を接合する場合には、ドップラ又はレーザードップラ血流計により血行を確認しながら血管を繋ぎ合わせている。しかしながら、これら血流計を用いて血行を確認しながら血管を繋ぎ合わせるには高度な技術が必要で、充分な経験が必要とされる。
また、血管が適切に繋ぎ合わされたか否かを確認するためには、例えば、切断箇所が指の場合は、指の先端を針でつついて血行が確保されたかを確認するため、ただでさえ切断箇所の痛みに苦しんでいる患者は、更に苦痛を強いられることになる。
血管内の血行を確認する装置としては、生体からの反射光を画像処理して静脈の位置を確認し静脈注射を補助する装置が知られている。しかしながら、当該装置では、動脈を画像に映し出すことはできないので、切断指肢の縫合の際には充分に活用することができない。また、当該装置では、外乱光の影響を排除するための画像処理が必須となる。
また、家庭内や事業所内で起こった事故に起因して生体内に異物が入り込んでしまう場合もあるが、当該異物を摘出するには、まず、異物の位置を確認する必要がある。しかしながら、X線を用いることにより異物の位置を確認することは可能であるが、人体に有害なX線を照射しながらリアルタイムで異物の位置を確認して異物摘出手術を行うことは困難である。同様に、X線CTやMRIを用いて生体内を観察する場合も、これら装置は大掛かりなものであり、また、X線を用いたり強力な磁場をかけたりする必要があるので、これら装置を手術室内に持ち込んで、リアルタイムで生体内の観察を行いながら、手術を行うことはできない。
更に、従来、血管内にカテーテルを挿入するには造影剤を血管内に注入して血管の位置を確認してから、その記憶を頼りに医師がカテーテルを血管内に挿入しているが、当該手技にも高度な技術と経験が必要である。
また、三大生活習慣病である糖尿病に罹患すると、動脈硬化を併発し、血管が狭窄して血行障害が起こり、最悪の場合、下肢を切断せざるを得ない状態に陥ることがある。このため、患者の血行を経時的に観察することが重要である。
外科手術を支援する技術として、特許文献1には、血管造影剤が投与された被検体に対して特定の波長域の励起光と可視光とを交互に照射し、撮像手段によって前記励起光が照射された蛍光画像と通常画像とを交互に取得し、取得した蛍光画像を所定の閾値により閾値処理して血管画像を抽出し、前記取得した通常画像に前記抽出した血管画像を重畳させた合成画像を作成する技術が開示されている。
しかしながら、当該技術では、被検体への血管造影剤の投与が必要であり、また、複雑な画像処理が必要である。
これに対して、本発明は、上記現状に鑑み、血管造影剤が不要で、X線を使用せず、人体に無害で、体内の異物や動脈と静脈との両方の血管を確認することが可能である簡易な構成の生体内観察装置を提供すべく図ったものである。
可視光線等はX線等と異なり生体を透過しにくいとされてきたが、近赤外光は生体に対する透過度が高いことが知られている。この波長領域の光は人体の筋肉や脂肪、骨等の生体組織を透過する一方で、ヘモグロビンやメラニン等の色素には吸収されるという特徴を有する。本発明は、このような近赤外光の性質を利用して完成されたものである。
すなわち本発明に係る生体内観察装置は、生体に対して800〜1000nmの波長領域に波長ピークを有する光を照射する光源と、前記生体を透過した光を受光して得られた画像データを出力する撮像装置と、を備えており、前記撮像装置は、0.4〜10μWの光を受光した際の出力あたりの最低検出光量が0.055μW/ビット以下のデジタルカメラであることを特徴とする。
800〜1000nmの近赤外光は生体組織を透過するので、CCDカメラ等の撮像装置が撮像した画像は透過光を受けて白く表されるが、血管部分は血液中のヘモグロビンに近赤外光が吸収されるため、黒く表される。このような近赤外光の特性を利用して静脈を撮像する技術は従来知られているが、近赤外光を利用して動脈を撮像する技術は知られていない。すなわち、例えば、指の背面から近赤外光を照射すると、指の内部で光が散乱しながら、指の腹側に抜けてくるが、指の深部にある骨や動脈は消され、皮下にある静脈だけが撮像されるとされている。
これに対して、本発明者は、0.4〜10μWの光を受光した際の出力あたりの最低検出光量が0.055μW/ビット以下である特定の感度を有する撮像装置を用いることにより、全く予想だにしないことに、静脈のみならず、動脈をも撮像することが可能となることを見出し、本発明を完成させた。
このような本発明に係る生体内観察装置を用いることにより、特別な技術や経験を必要とせずに、誰でも容易に生体内の異物や血管を観察することができる。そして、本発明によれば、静脈のみならず、動脈を撮像することも可能である。
更に、本発明によれば、X線を使用せずに生体内を観察することができるので、長時間光照射しても人体に無害であり、また、単に光を照射するだけであるので、血行を確認するに際し被験者に苦痛を与えることはない。
このような本発明に係る生体内観察装置は、構成が簡易であるので、容易に小型化することができ、本生体内観察装置を手術室内に持ち込んで、リアルタイムで生体内の観察を行いながら、指肢の接合手術や、異物の摘出手術、カテーテル挿入等を行うことができる。
前記光源としては、800〜1000nmの波長領域に波長ピークを有する光を射出するものであれば特に限定されないが、例えば、LEDやレーザ等が好適に用いられる。このようなものであれば、狭い波長領域の光を得ることができるので、ノイズの少ない鮮明な画像を得ることができる。
本発明に係る生体内観察装置は、前記生体と前記撮像装置との間に、少なくとも800nm未満の波長領域の光を除去するカットフィルタが設けられていることが好ましい。このようなカットフィルタを備えていることにより、外乱光(可視光線)を遮断することができるので、ノイズが低減された鮮明な画像を得ることができる。
更に、本発明に係る生体内観察装置は、前記光源と前記生体との間に設けられ、入射光を55°以上の角度で発散しうる拡散板を備えていることが好ましい。このようなものであれば、例えば、光源として複数個のLEDが用いられた場合に、複数個のLEDから発せられた光が拡散板で拡散されるので、輝度が均一化され照射ムラが解消された光を観察対象である生体に照射することができる。
また、本発明に係る生体内観察装置は、前記拡散板と前記生体との間に設けられた偏光板を備えていることが好ましい。前記拡散板に重ねて偏光板が備わっていることにより、最適な振動方向(透過軸)の偏光を生体に照射することができるので、生体表面における光の反射を低減することができる。
本発明に係る生体内観察装置を用いて生体内を観察しようとした場合には、例えば生体全体を検査する全体検査と、生体の局所領域を検査する局所検査とを行う用途が考えられる。
しかしながら、全体検査及び局所検査の両方において同一構成の装置を用いる場合には、全体検査に仕様を合わせておく必要があり、局所検査を行うに当たり、局所領域以外から透過した光量が過大となり、所望の局所領域に起因する透過光を正確に検出することができず、結果として局所検査が不正確になってしまうという問題がある。
そこで、本発明に係る生体内観察装置は、生体配置領域を向く発光面を有し、当該生体配置領域にある生体に対して光を照射する面発光部と、前記面発光部に対して着脱可能に設けられ、前記発光面から出る光の一部を遮る遮光部材とを具備し、前記撮像装置が、前記生体配置領域に対して前記面発光部とは反対側に設けられていることが好ましい。
このようなものであれば、発光面から出る光の一部を遮る遮光部材を設けているので、生体配置領域における光照射範囲を狭めることができ、生体の局所領域に対して光を照射できる。また、生体の局所領域に対して光を照射できるので、生体の局所領域の生体透視画像を好適に取得することができる。さらに、遮光部材が面発光部に対して着脱可能であることから、用途に応じて、例えば手全体などの生体全体の生体透視画像を取得する又は指などの生体の局所領域の生体透視画像を取得することを遮光部材の取り付け及び取り外しによって簡単に切り換えることができる。その上、特別な技術や経験を必要とせずに、誰でも容易に生体内の異物や血管を観察することができる。X線を使用せずに生体内を観察することができるので、長時間光照射しても人体に無害であり、また、単に光を照射するだけであるので、血行を確認するに際し被験者に苦痛を与えることはない。加えて、本発明は容易に小型化できるので、本生体内観察装置を手術室内に持ち込んで、リアルタイムで生体内の観察を行いながら、各種手術を行うこともできる。
前記撮像部に対して遮光部材により遮られない光を受光させるためには、前記遮光部材が、前記発光面からの光を遮る遮光部と、前記発光面からの光を生体配置領域側に透過させる開口部とを有しており、前記開口部の開口中心が前記撮像部の光軸上又はその近傍となるように、前記遮光部材が前記面光源に対して着脱可能に取り付けられるものであることが望ましい。
遮光部材を面光源に対して着脱可能に構成した場合には、前記遮光部材を前記面光源に対して位置決めして固定する固定機構を有することが望ましい。これならば遮光部材を面光源に対して固定した際に位置決めされることから、撮像部に対して遮光部材が位置決めされることになり、各検査において撮像部と遮光部材の位置決めを一々行う必要が無くなる。
また生体の局所領域の生体透視画像を取得する場合において、各検査で撮像位置が異なることを防止するためには、前記遮光部材に設けられており、前記生体を前記遮光部材に対して位置決めして、前記遮光部材に遮られない光を前記生体の所定部位に照射させる位置決め部材を有することが望ましい。
面発光部の具体的な構造としては、前記面発光部が、複数のLEDと、当該LEDを収容する筐体と、前記筐体において前記LEDの光射出側に設けられ前記発光面を形成する透光部材とを有することが望ましい。
また、本発明に係る生体内観察装置を用いて生体内を観察する場合には、例えば生体の経時的変化を検査するために定期的に生体を撮像して検査を行う用途が考えられる。
しかしながら、生体を定期的等の時間を空けて検査する場合には、生体透視画像同士の撮像位置が異なってしまうと、比較検査等において誤った判断をしてしまう等の問題がある。
そこで、本発明に係る生体内観察装置は、生体配置領域を向く発光面を有し、当該生体配置領域にある生体に対して光を照射する面発光部と、前記面発光部の発光面に対して前記生体を位置決めする位置決め部材と、を具備し、前記撮像装置が、前記面発光部の発光面に対して位置決めされていることが好ましい。
このようなものであれば、位置決め部材により生体が発光面に対して位置決めされるので、生体の所定領域に光を照射することができる。また、面発光部に対して位置決めされている撮像部によって生体を撮像することから、撮像部により得られた画像を比較する等の撮像後の処理を容易化することができる。さらに、特別な技術や経験を必要とせずに、誰でも容易に生体内の異物や血管を観察することができる。その上、X線を使用せずに生体内を観察することができるので、長時間光照射しても人体に無害であり、また、単に光を照射するだけであるので、血行を確認するに際し被験者に苦痛を与えることはない。加えて、本発明は容易に小型化できるので、本生体内観察装置を手術室内に持ち込んで、リアルタイムで生体内の観察を行いながら、各種手術を行うこともできる。
本発明の効果を一層顕著にするためには、前記生体内観察装置が手や足等の生体を観察するものであり、前記位置決め部材が、前記手や足の所定の指等と接触することにより前記手や足等を位置決めするものであることが望ましい。
撮像部により得られた画像における生体の所定領域の位置を決めるためには、前記位置決め部材が、前記生体を前記発光面の平面方向に対して位置決めするものであることが望ましい。なお、生体を面発光部に対して前記平面方向と垂直な方向に位置決めするものであっても良い。
生体の局所領域に対してのみ光を照射して、生体の局所領域の生体透視画像を好適に取得することができるようにするためには、前記生体配置領域と前記面発光部の発光面との間に設けられ、当該発光面から出る光の一部を遮る遮光部材をさらに備えていることが望ましい。このとき、遮光部材で遮られない光を生体の所定領域に確実に照射できるようにするためには、前記位置決め部材が前記遮光部材に設けられており、前記生体を前記遮光部材に対して位置決めして、前記遮光部材で遮られない光を前記生体の所定部位に照射させるものであることが望ましい。
面発光部の具体的な構造としては、前記面発光部が、複数のLEDと、当該LEDを収容する筐体と、前記筐体において前記LEDの光射出側に設けられ前記発光面を形成する透光部材とを有することが望ましい。
このような構成の本発明によれば、特別な技術や経験を必要とせずに、誰でも容易に生体内の異物や血管を観察することができる。更に、本発明によれば、静脈のみならず、動脈も撮像することができる。
また、本発明によれば、長時間使用しても人体に無害であり、単に光を照射するだけであるので、被験者に苦痛を与えることもない。
更に、本発明に係る生体内観察装置は、容易に小型化できるので、本生体内観察装置を手術室内に持ち込んで、リアルタイムで生体内の観察を行いながら、各種手術を行うことができる。
<第1実施形態>
以下に本発明の第1実施形態について図面を参照して説明する。
以下に本発明の第1実施形態について図面を参照して説明する。
第1実施形態に係る生体内観察装置1は、図1に示すように、光源2と、集光レンズ3と、カットフィルタ4と、撮像装置5とを備えているものである。
以下に各部を詳述する。
光源2は、生体Bに対して800〜1000nmの波長領域に波長ピークを有する近赤外光を照射するものであり、当該光源2としては、例えば、LEDやレーザ等を用いることができる。例えば、光源2として、810nmに波長ピークを有する170mWのLEDを用いて、成人の手を観察対象とする場合は、28個程度のLEDを平面状の基板の一面に敷設して用いればよい。一方、光源2としてレーザを使用する場合は、例えば、Nd:YAGレーザや半導体レーザ等を用いることができる。
光源2は、生体Bに対して800〜1000nmの波長領域に波長ピークを有する近赤外光を照射するものであり、当該光源2としては、例えば、LEDやレーザ等を用いることができる。例えば、光源2として、810nmに波長ピークを有する170mWのLEDを用いて、成人の手を観察対象とする場合は、28個程度のLEDを平面状の基板の一面に敷設して用いればよい。一方、光源2としてレーザを使用する場合は、例えば、Nd:YAGレーザや半導体レーザ等を用いることができる。
集光レンズ3は、生体Bを透過した光を集めるものであり、当該集光レンズ3としては、例えば、平凸レンズ等を用いることができる。
なお、光源2と集光レンズ3との間には、観察対象である生体Bを載置するために、載置面が透光性を有する観察台(図示しない)が設けてあることが好ましい。このような観察台が設けてあれば、例えば、指を切断した場合、当該観察台の上に手を載置して、切断箇所の血管を観察しながら指の接合手術を行うことができる。また、光源2と当該観察台とは別体であってもよく、一体となっていてもよい。
カットフィルタ4は、少なくとも800nm未満の波長領域の光をカットするものであり、当該カットフィルタ4としては、市販のものから所望の性質を有するものを適宜選択して使用することができる。当該カットフィルタ4が配置されていることにより、外乱光(可視光線)を遮断することができるので、ノイズが低減され、より鮮明な画像を得ることができる。
撮像装置5は、カットフィルタ4を透過した光を受光して得られた画像データを出力するデジタルカメラであり、0.4〜10μWの光を受光した際の出力あたりの最低検出光量が0.055μW/ビット以下である特定の感度を有するものである。当該撮像装置5としては、例えば、CCDカメラやCMOSカメラ等を用いることができる。撮像装置5で取得された画像を確認するためには、撮像装置5を任意の表示装置Mに接続する必要があるが、表示装置Mは予め生体内観察装置1に備わっていてもよく、外部の表示装置Mを用いてもよい。
前記撮像装置5として、0.4〜10μWの光を受光した際の出力あたりの最低検出光量が0.055μW/ビット以下であるCCDカメラを備えた本生体内観察装置1を用いて、載置面が透光性を有する観察台に指を置き、指の背面から近赤外光を照射して、指の血管を観察した画像を図2(a)に示す。図2に示すように、黒く表された血管が明瞭に観察されることが確認された。なお、当該CCDカメラは、輝度に対応したデジタル出力(以下、単に輝度出力という。)が11ビットであるときの検出光量が0.33μWであり、輝度出力が197ビットであるときの検出光量が10.21μWである感度を有するものであり、この範囲において輝度出力と検出光量の間には線形の関係が認められた。一方、これより感度の低い(最低検出光量が0.055μW/ビットを超える)CCDカメラを用いた場合は、図2(b)に示すように、指の血管を観察することができなかった。なお、図2(c)は後述する遮光部材8を装着した状態で指の血管を観察した画像である。
このように構成した本実施形態に係る生体内観察装置1によれば、特別な技術や経験を必要とせずに、誰でも容易に生体内の異物や血管を観察することができる。また、本生体内観察装置1は、0.4〜10μWの光を受光した際の出力あたりの最低検出光量が0.055μW/ビット以下である特定の感度を有する撮像装置5を備えているので、静脈のみならず、動脈も撮像することができる。
更に、本実施形態によれば、X線を使用せずに生体内を観察することができるので、長時間光照射しても人体に無害であり、また、単に光を照射するだけであるので、血行を確認するに際し被験者に苦痛を与えることはない。
また、本生体内観察装置1は、構成が簡易であるので、容易に小型化することができ、本生体内観察装置1を手術室内に持ち込んで、リアルタイムで生体内の観察を行いながら、指肢の接合手術や、異物の摘出手術、カテーテル挿入等を行うことができる。
<第2実施形態>
以下に本発明の第2実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下においては、第1実施形態とは異なる点を中心に説明する。
以下に本発明の第2実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下においては、第1実施形態とは異なる点を中心に説明する。
第2実施形態に係る生体内観察装置1は、図3に示すように、光源2と、拡散板6と、偏光板7と、カットフィルタ4と、撮像装置5とを備えているものである。本実施形態においては、光源2として、平面状の基板の一面に敷設された複数個のLEDが用いられており、これらは照射口211が形成された筐体21に収容されている。
拡散板6は、複数個のLEDから発せられた光を拡散して、筐体21の照射口211から射出される光の輝度を均一化し、照射ムラのない光を生体Bに照射するためのものであり、照射口211を覆うように設けられている。拡散板6としては、例えば、光透過性基板の表面にエンボス加工やシボ加工等により凹凸を設け、表面をすりガラス面状に構成したものや、光透過性基板の表面に白色塗料を隙間を空けて塗布したもの、光透過性基板中に光散乱を生じさせる粒子を含有させたもの等の、光散乱を利用して光拡散性が付与された種々のものを用いることができる。このような拡散板6のなかでも、例えばアセタール樹脂からなり、入射光を55°以上の角度で発散しうるものが好適に用いられる。このような発散角度を有する拡散板を用いることにより、照射ムラを解消し、検査対象を均一に照射することができる。
このことを確認するために、φ5mmの穴を開けた遮光板にLEDを嵌め込み、当該遮光板に載せる拡散板の厚さを変えて、LEDの真上における光強度(I)と、2個のLEDを10mmの間隔を空けて並べたときの2個のLEDの中間点の真上における光強度(Im)との比(Im/I)を求めた。当該Im/I値が1に近いほど、照度ムラが解消されることを示す。得られた結果は表1に示した。
この結果、光源から発した光を55°以上の角度で発散できる拡散板を用いた場合、いずれのIm/I値も0.85以上であり、充分な照度ムラ解消効果が確認された。
偏光板7は、拡散板6の反光源2側の表面に重ねて設けられており、拡散板6で拡散されて均一化された光から直線偏光を作り出すものである。偏光板7としては、例えば、樹脂からなるフィルム状のもの等が用いられる。拡散板6に重ねて偏光板7が設けられていることにより、最適な振動方向(透過軸)の偏光を生体Bに照射することができるので、生体B表面における光の反射を低減することができる。なお、本実施形態では、偏光板7の上に生体Bを載置して観察することができる。
本実施形態では、このような拡散板6と偏光板7とを用いて、観察対象である生体Bに照射する光の光質及び光量を調整することにより、コントラストが明瞭な画像を得ることができる。
第2実施形態においては、カットフィルタ4は、撮像装置5の光導入口52に設けられており、撮像装置5内に太陽光等の外乱光が入り込むことを防いでいる。
第2実施形態に係る生体内観察装置1には、第1実施形態とは異なり集光レンズ3は設けられていないが、撮像装置5に集光レンズ51が内蔵されている。生体Bを透過した光は当該集光レンズ51により集められ、CCDイメージセンサ等の撮像素子53の受光平面に結像する。そして、適切な集光レンズ51を選択することにより、光源2の筐体21の照射口221全域を撮像範囲とすることができる。例えば、照射口211が80×100mmのサイズである場合、集光レンズ51としては焦点距離が6〜10mmであるものが好適に用いられる。
<第3実施形態>
以下に本発明の第3実施形態について図面を参照して説明する。なお、第3実施形態に関する図4以降の図面における符号は、必ずしも第1及び第2実施形態に関する図1〜3における符号とは一致せず、独自に付されたものである。
以下に本発明の第3実施形態について図面を参照して説明する。なお、第3実施形態に関する図4以降の図面における符号は、必ずしも第1及び第2実施形態に関する図1〜3における符号とは一致せず、独自に付されたものである。
本実施形態に係る生体内観察装置100は、手や足等の生体に光を照射して、当該生体から透過する透過光を撮像して、生体内の血管や異物等を示す生体透視画像を取得するものである。
具体的にこのものは、図4及び図5に示すように、生体配置領域Xを向く発光面201を有し、当該生体配置領域Xにある生体に対して光を照射する面発光部2と、生体配置領域Xに対して面発光部2とは反対側に設けられ、生体配置領域Xにある生体を透過した光を受光して画像データを出力する撮像部3とを備えている。本実施形態では、生体配置領域Xを挟んで下側に面発光部2が設けられ、上側に撮像部3が設けられた構成を示している。
面発光部2は、装置基台100A上に設けられて上方に位置する生体配置領域Xに800〜1000nmの波長領域に波長ピークを有する近赤外光を照射するものである。具体的に面発光部2は、図6〜図8に示すように、複数のLED21が搭載された概略矩形板状をなすLED搭載基板22と、当該LED搭載基板22を収容する平面視概略矩形状をなす筐体23と、この筐体23においてLED21の光射出側に設けられ前記発光面201を形成する透光部材24とを有する。
LED搭載基板22は、特に図7及び図8に示すように、装置基台100Aの上面に固定されており、電源部4(表示しない。)から電力が供給される。またLED搭載基板22の上面には、複数のLED21が例えば縦横マトリックス状に搭載されている。LED21としては、例えば810nmに波長ピークを有する170mWのLEDを用いることが考えられる。
筐体23は、特に図7に示すように、LED搭載基板22の周囲を囲むように装置基台100Aの上面に固定されており、一側面(本実施形態では奥側に位置する背面)にはLED放熱用の複数の貫通孔23hが形成されている。また、図示はしないが、この複数の貫通孔23h近傍には、LED放熱用の放熱ファンが設けられている。この放熱ファンにも前記電源部4から電力が供給される。
透光部材24は、筐体23の上部開口に取り付けられるものであり、平面視において筐体23の上部開口と略同一形状をなす概略矩形板状をなすものである。この透光部材24は、複数個のLED21から発せられた光を拡散して、筐体23の上部開口から射出される光の輝度を均一化し、照射ムラのない光を生体に照射するためのものであり、例えばアセタール樹脂から形成されている。そして、透光部材24の上面が発光面201となる。
また透光部材24の裏面には、複数のLED21から出る光を所定範囲に規定する仕切り板25が設けられている。この仕切り板25は、平面視において透光部材24と同一形状をなすものであり、中央部には前記LED21からの光を外部(上部)に射出するための開口部251が形成されている。このような構成により、前記透光部材24の上面において前記仕切り板25の開口部251に対応する部分が発光面201となる。つまり、面発光部2の発光面201は、仕切り板25の開口部251の平面視形状と同一形状となる。
撮像部3は、生体配置領域Xの上部に設けられており、当該生体配置領域Xにある生体を透過した光を受光して生体透視画像を示す画像データを出力するものである。この撮像部3としては、例えば、CCDカメラやCOMSカメラ等を用いることができる。
また、撮像部3は、装置基台100Aに対して鉛直方向に立設されたスタンド部材5に面発光部2に対して進退移動可能に固定されている。具体的に撮像部3及びスタンド部材5の間にはスライド機構6が設けられている。このスライド機構6は撮像部3を所定範囲内で発光面201に対して鉛直方向にスライド移動させるものである。
そして撮像部3により得られた生体透視画像は、電源部4を介してコンピュータ等の情報処理装置7に出力される(図4参照)。そして生体透視画像は、情報処理装置7の表示部画面上に表示されるとともに、情報処理装置7の画像処理機能によって画像処理される。なお、少なくとも生体透視画像を表示する表示部に関して言うと、予め生体内観察装置100に備えさせたものであっても良い。
しかして本実施形態の生体内観察装置100は、図9〜図12に示すように、面発光部2に対して着脱可能に設けられ、発光面201から出る光の一部を遮る遮光部材8を備えている。なお、図9は、図5の生体内観察装置100に遮光部材8を装着した状態である。
遮光部材8は、特に図11に示すように、前記面発光部2の透光部材24と平面視において概略同一形状をなす平面視矩形板状をなすものであり、発光面201からの光を遮る遮光部81と、発光面201からの光を生体配置領域X側に透過させる開口部82とを有している。この遮光部材8に設けられた開口部82は、前記仕切り板25に設けられた開口部251よりも開口サイズが小さく形成されている。具体的な開口部82の形状としては、平面視概略円形状である。
そして、後述する固定機構9により、開口部82の開口中心が撮像部3の光軸3C上又はその近傍となるように、遮光部材8が前記面発光部2に対して着脱可能に取り付けられる(図10参照)。なお、開口部82の開口中心と、前記仕切り板25の開口部251の開口中心とは平面視において略一致しており、撮像部3の光軸3C上に仕切り板25の開口部251の開口中心がある。
固定機構9は、遮光部材8を面発光部2の発光面201に対して位置決めして固定するものであり、具体的には発光面201の平面方向における遮光部材8の位置を位置決めするものである。本実施形態の固定機構9は、図11に示すように、遮光部材8の4つの側辺部に設けられ、面発光部2の4つの側面2a〜2dに接触する係止片9a〜9dから形成されている。この係止片9a〜9dは、遮光部材8の4つ角に設けられている。この固定機構9により、遮光部材8の開口部82の開口中心と面発光部2の発光面201の中心とが一致するとともに、遮光部材8の開口部82の開口中心が撮像部3の光軸3C上に位置する。
そして遮光部材8には、検査される生体を遮光部材8及び発光面201に対して水平方向に位置決めして、遮光部材8に遮られない光を生体の所定部位に照射させる位置決め部材10が設けられている。
本実施形態の位置決め部材10は、所定の指と接触して当該所定の指を遮光部材8の開口部82に位置決めするものであり、図10及び図12に示すように、遮光部材8の開口部82と連通する貫通孔10hを有する。そして位置決め部材10は、図9及び図11に示すように、開口部82の奥側(スタンド部材側)に位置して指の先端部に接触する概略平面状の第1接触面10aと、開口部82の左右に位置して指の任意の面(例えば指の上面(指の背))に接触する概略V字状をなす第2接触面10bとを有する。そして第2接触面10bの谷線10b1が遮光部材8の開口部82の中心を通るように構成されている。第1接触面10aにより開口部82に対する奥行き方向(図11においてY方向)の指の位置が位置決めされ、第2接触面10bにより開口部82に対する左右方向(図11、図12おいてX方向)の指の位置が位置決めされる。なお、開口部82の開口中心と撮像部3の光軸3Cとがほぼ一致していることから、前記位置決め部材10により指が撮像部3の光軸3Cに対しても位置決めされることになる。
この生体内観察装置100により、遮光部材8を取り外した状態で生体の大局領域、つまり、発光面201全体の範囲内に位置する生体の透視画像(具体的には手の大部分の透視画像)を撮像する(図2(a)参照)。一方、遮光部材8を取り付けた状態で生体の局所領域、つまり遮光部材8の開口部82の範囲内に位置する生体の透視画像(具体的には指の所定部分の透視画像)を撮像する(図2(c)参照)。
<本実施形態の効果>
このように構成した本実施形態に係る生体内観察装置100によれば、発光面201から出る光の一部を遮る遮光部材8を設けているので、生体配置領域Xにおける光照射範囲を狭めることができ、生体の局所領域に対して光を照射できる。また、生体の局所領域に対して光を照射できるので、生体の局所領域の生体透視画像を好適に取得することができる。
このように構成した本実施形態に係る生体内観察装置100によれば、発光面201から出る光の一部を遮る遮光部材8を設けているので、生体配置領域Xにおける光照射範囲を狭めることができ、生体の局所領域に対して光を照射できる。また、生体の局所領域に対して光を照射できるので、生体の局所領域の生体透視画像を好適に取得することができる。
さらに、遮光部材8が面発光部2に対して着脱可能であることから、用途に応じて、例えば手全体などの生体全体の生体透視画像を取得する又は指などの生体の局所領域の生体透視画像を取得することを遮光部材8の取り付け及び取り外しによって簡単に切り換えることができる。また、位置決め部材10により生体が発光面201に対して位置決めされるので、生体の所定領域に光を照射することができる。また、面発光部2に対して位置決めされている撮像部3によって生体を撮像することから、撮像部3により得られた画像を比較する等の撮像後の処理を容易化することができる。
その上、本実施形態の生体内観察装置100により、特別な技術や経験を必要とせずに、誰でも容易に生体内の異物や血管を観察することができる。X線を使用せずに生体内を観察することができるので、長時間光照射しても人体に無害であり、また、単に光を照射するだけであるので、血行を確認するに際し被験者に苦痛を与えることはない。加えて、本発明は容易に小型化できるので、本生体内観察装置100を手術室内に持ち込んで、リアルタイムで生体内の観察を行いながら、各種手術を行うこともできる。
<その他の変形実施形態>
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。例えば、固定機構9としては、図13に示すように、遮光部材8の下面に設けられた凸部91と、透光部材24の上面に設けられた凹部92とから構成しても良い。図13においては、複数の凸部91及び複数の凹部92により平面方向に位置決めするものであるが、凸部91及び凹部92の形状を工夫して面発光部2に対して遮光部材8を平面方向に位置決めするようにしても良い。なお、遮光部材の下面に凹部、透光部材の上面に凸部を設けて構成しても良い。
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。例えば、固定機構9としては、図13に示すように、遮光部材8の下面に設けられた凸部91と、透光部材24の上面に設けられた凹部92とから構成しても良い。図13においては、複数の凸部91及び複数の凹部92により平面方向に位置決めするものであるが、凸部91及び凹部92の形状を工夫して面発光部2に対して遮光部材8を平面方向に位置決めするようにしても良い。なお、遮光部材の下面に凹部、透光部材の上面に凸部を設けて構成しても良い。
また、前記実施形態の位置決め部材10は、第1接触面10a及び第2接触面10bを有するものであったが、第1接触面10aのみ又は第2接触面10bのみを有するものであっても良い。この場合、第1接触面10aは平面状の他、図14に示すように、平面視V字形状をなすものであっても良い。この場合、第1接触面10aの折れ曲がり線が、開口部82のX方向位置を一致するように形成することが考えられる。さらに、位置決めに関して言うと、遮光部材8の上面に位置決め線又は図を描いても良い。そして位置決め線又は図にしたがって指を配置することによって指が開口部に対して位置決めされるように構成しても良い。
また、前記実施形態の遮光部材8の開口部82は平面視概略円形状をなすものであったが、その他、平面視矩形状等の多角形状、平面視楕円状又は長円状、平面視部分円状など発光面の発光面積を狭めるものであれば、種々の形状とすることができる。このとき、生体透視画像を取得すべき局所領域のサイズに合わせて種々の開口部を有する遮光部材を用意しておき、用途に応じて適宜取り替えることが考えられる。
さらに前記実施形態の位置決め部材は遮光部材上に設けられているが、遮光部材とは別に設けたものであっても良い。
その上、前記実施形態では位置決め部材10は遮光部材8の開口部82に対して生体の局所領域(指の所定領域)を位置決めするものであったが、遮光部材8を装着していない面発光部2の発光面201に対して生体を位置決めするものであっても良い。
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限り、前述した種々の構成の一部又は全部を適宜組み合わせて構成してもよい。
本発明を用いることにより、リアルタイムで生体内の観察を行いながら、指肢の接合手術や、異物の摘出手術、カテーテル挿入等を行うことができ、また、血行障害の診断や薬物による血管収縮の判定等にも活用することができる。
1・・・生体内観察装置
2・・・光源
3、51・・・集光レンズ
4・・・カットフィルタ
5・・・撮像装置
B・・・生体
M・・・表示装置
2・・・光源
3、51・・・集光レンズ
4・・・カットフィルタ
5・・・撮像装置
B・・・生体
M・・・表示装置
Claims (15)
- 生体に対して800〜1000nmの波長領域に波長ピークを有する光を照射する光源と、
前記生体を透過した光を受光して得られた画像データを出力する撮像装置と、を備えており、
前記撮像装置は、0.4〜10μWの光を受光した際の出力あたりの最低検出光量が0.055μW/ビット以下のデジタルカメラであることを特徴とする生体内観察装置。 - 前記光源が、LED又はレーザである請求項1記載の生体内観察装置。
- 前記生体と前記撮像装置との間に設けられ、少なくとも800nm未満の波長領域の光を除去するカットフィルタを備えている請求項1記載の生体内観察装置。
- 前記光源と前記生体との間に設けられ、入射光を55°以上の角度で発散しうる拡散板を備えている請求項1記載の生体内観察装置。
- 前記拡散板と前記生体との間に設けられた偏光板を備えている請求項4記載の生体内観察装置。
- 生体配置領域を向く発光面を有し、当該生体配置領域にある生体に対して光を照射する面発光部と、
前記面発光部に対して着脱可能に設けられ、前記発光面から出る光の一部を遮る遮光部材とを具備し、
前記撮像装置が、前記生体配置領域に対して前記面発光部とは反対側に設けられている請求項1記載の生体内観察装置。 - 前記遮光部材が、前記発光面からの光を遮る遮光部と、前記発光面からの光を生体配置領域側に透過させる開口部とを有しており、
前記開口部の開口中心が前記撮像部の光軸上又はその近傍となるように、前記遮光部材が前記面発光部に対して着脱可能に取り付けられるものである請求項6記載の生体内観察装置。 - 前記遮光部材を前記面光源に対して位置決めして固定する固定機構を有する請求項6記載の生体内観察装置。
- 前記遮光部材に設けられており、前記生体を前記遮光部材に対して位置決めして、前記遮光部材に遮られない光を前記生体の所定部位に照射させる位置決め部材を有する請求項6記載の生体内観察装置。
- 前記面発光部が、複数のLEDと、当該LEDを収容する筐体と、前記筐体において前記LEDの光射出側に設けられ前記発光面を形成する透光部材とを有する請求項6記載の生体内観察装置。
- 生体配置領域を向く発光面を有し、当該生体配置領域にある生体に対して光を照射する面発光部と、
前記面発光部の発光面に対して前記生体を位置決めする位置決め部材と、を具備し、
前記撮像装置が、前記面発光部の発光面に対して位置決めされている請求項1記載の生体内観察装置。 - 前記生体内観察装置が手又は足を観察するものであり、
前記位置決め部材が、前記手又は足の所定の指と接触することにより前記手又は足を位置決めするものである請求項11記載の生体内観察装置。 - 前記位置決め部材が、前記生体を前記発光面の平面方向に対して位置決めするものである請求項11記載の生体内観察装置。
- 前記生体配置領域と前記面発光部の発光面との間に設けられ、当該発光面から出る光の一部を遮る遮光部材をさらに備え、
前記位置決め部材が前記遮光部材に設けられており、前記生体を前記遮光部材に対して位置決めして、前記遮光部材で遮られない光を前記生体の所定部位に照射させるものである請求項11記載の生体内観察装置。 - 前記面発光部が、複数のLEDと、当該LEDを収容する筐体と、前記筐体において前記LEDの光射出側に設けられ前記発光面を形成する透光部材とを有する請求項11記載の生体内観察装置。
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