JPWO2021163603A5 - - Google Patents
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Description
本明細書に言及される全ての刊行物、特許、および特許出願は、各個々の刊行物、特許、または特許出願が具体的かつ個々に参照することによって組み込まれることが示される場合と同程度に、参照することによって本明細書に組み込まれる。参照することによって組み込まれる刊行物および特許または特許出願が、本明細書に含有される開示と矛盾する範囲で、本明細書は、任意のそのような矛盾する資料に優先ならびに／もしくは先行することを意図している。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
信号処理のための方法であって、前記方法は、
（ａ）（１）対象の組織領域に向かって指向される少なくとも１つのレーザ光源を使用して発生されるレーザスペックルパターンからのレーザスペックル信号と、（２）前記対象の身体のまたはその中の生物学的物質の移動に対応する参照信号とを取得するステップと、
（ｂ）少なくとも部分的に、少なくとも前記レーザスペックル信号に対応する第１の関数に基づいて、関数空間を定義するステップと、
（ｃ）前記関数空間に関する１つまたはそれを上回る測定値を算出するステップであって、前記１つまたはそれを上回る測定値は、部分的に、前記参照信号に対応する第２の関数に基づいて定義される、ステップと、
（ｄ）部分的に、前記関数空間に関する前記１つまたはそれを上回る測定値に基づいて、出力信号を発生させるステップと、
（ｅ）前記出力信号を使用して、前記対象の組織領域上またはその近傍での外科手術手技を補助するステップと
を含む、方法。
（項目２）
前記関数空間は、前記少なくとも１つのレーザ光源を使用して発生されたレーザスペックル信号のセットと関連付けられる関数のセットに対応する、項目１に記載の方法。
（項目３）
前記レーザスペックル信号のセットは、前記レーザスペックル信号を備える、項目２に記載の方法。
（項目４）
前記レーザスペックルパターンは、異なる波長を有する複数のレーザビームまたはパルスを発生させるように構成される複数のレーザ光源を使用して発生される、項目１に記載の方法。
（項目５）
前記複数のレーザビームまたはパルスは、約１００ナノメートル（ｎｍ）～約１ミリメートル（ｍｍ）の波長を有する、項目４に記載の方法。
（項目６）
前記関数空間は、Ｌｅｂｅｓｇｕｅ関数空間を備える、項目１に記載の方法。
（項目７）
前記第１の関数または前記第２の関数のうちの少なくとも１つは、無限次元ベクトル空間内にある出力値のセットを備える無限次元ベクトル関数を備える、項目１に記載の方法。
（項目８）
前記レーザスペックル信号は、前記複数のフレームがリアルタイムで受信または処理されるにつれて、複数のフレームにわたって取得される、項目１に記載の方法。
（項目９）
前記関数空間に関する前記１つまたはそれを上回る測定値は、部分的に、前記第１の関数および前記第２の関数を比較することによって導出される、項目１に記載の方法。
（項目１０）
前記第１の関数および前記第２の関数を比較するステップは、前記レーザスペックル信号を前記参照信号上に投影し、または前記参照信号を前記レーザスペックル信号上に投影し、前記レーザスペックル信号と関連付けられる第１のピクセル値のセットを前記参照信号と関連付けられる第２のピクセル値のセットに対して比較するステップを含む、項目９に記載の方法。
（項目１１）
前記第１の関数および前記第２の関数を比較するステップは、前記第１の関数および前記第２の関数を使用して、内積、ドット積、相互相関、自己相関、正規化された相互相関、または加重された測定積分のうちの少なくとも１つを算出するステップを含む、項目９に記載の方法。
（項目１２）
前記第１の関数および前記第２の関数を比較するステップは、１つまたはそれを上回る信号または時系列比較器を使用して、前記第１の関数と前記第２の関数との間の相関の量または程度を決定するステップを含む、項目９に記載の方法。
（項目１３）
前記第１の関数および前記第２の関数の比較は、時間ドメインまたは周波数ドメイン内で実施される、項目９に記載の方法。
（項目１４）
前記第１の関数および前記第２の関数の比較は、前記レーザスペックルパターンを備えるレーザスペックル画像の少なくとも一部にわたって生じ、前記部分は、前記対象の組織領域内またはその近傍の１つまたはそれを上回る着目領域に対応する、項目９に記載の方法。
（項目１５）
前記第１の関数および前記第２の関数の比較は、前記レーザスペックルパターンを備えるレーザスペックル画像に関して捕捉される新しいフレーム毎に、実質的にリアルタイムで、かつフレームごとに実施される、項目９に記載の方法。
（項目１６）
前記参照信号は、前記対象のパルスと関連付けられるパルス信号を使用して、取得または発生される、項目１に記載の方法。
（項目１７）
前記パルス信号は、外部デバイスを使用して取得される、項目１６に記載の方法。
（項目１８）
前記外部デバイスは、パルスオキシメータを備える、項目１７に記載の方法。
（項目１９）
前記パルス信号を使用して、前記レーザスペックルパターンの１つまたはそれを上回る特徴が流体流動または物理的運動に起因するかどうかを決定するステップをさらに含む、項目１６に記載の方法。
（項目２０）
前記関数空間に関する前記１つまたはそれを上回る測定値は、前記レーザスペックル信号と前記パルス信号との間の相関の量または程度に対応する、項目１６に記載の方法。
（項目２１）
前記出力信号は、灌流フローマップを発生させるために使用可能である流動信号を備える、項目１６に記載の方法。
（項目２２）
前記流動信号は、前記灌流フローマップ内の１つまたはそれを上回る誤検出を排除するために使用可能であり、前記１つまたはそれを上回る誤検出は、移動を示すが、前記１つまたはそれを上回る面積を通して流動する流体を有しない前記灌流フローマップ内の１つまたはそれを上回る面積に対応する、項目２１に記載の方法。
（項目２３）
前記参照信号は、異なる周波数でスピンするように構成される２つまたはそれを上回るモータの振動と関連付けられる複数の波形を使用して、取得または発生される、項目１に記載の方法。
（項目２４）
前記２つまたはそれを上回るモータは、前記外科手術手技の１つまたはそれを上回るステップを実施するために使用される外科手術用ツールに結合されるトランスデューサ内に格納される、項目２３に記載の方法。
（項目２５）
前記複数の波形は、第１の周波数を伴う第１の波形と、前記第１の周波数と異なる第２の周波数を伴う第２の波形の重畳を備える、項目２３に記載の方法。
（項目２６）
前記第１の波形と前記第２の波形の重畳は、パルス状波形を発生させる、項目２５に記載の方法。
（項目２７）
前記第１の波形は、搬送波を備える、項目２５に記載の方法。
（項目２８）
前記搬送波は、固定または一定波形を有する、項目２７に記載の方法。
（項目２９）
前記搬送波は、可変波形を有する、項目２７に記載の方法。
（項目３０）
前記レーザスペックル信号は、前記外科手術用ツールが前記対象の組織領域と接触して設置されるときに発生される変調されたレーザスペックル信号を備える、項目２４に記載の方法。
（項目３１）
前記関数空間に関する前記１つまたはそれを上回る測定値は、時間ドメインまたは周波数ドメインにおける前記変調されたレーザスペックル信号と前記参照信号との間の相関の量または程度に対応する、項目３０に記載の方法。
（項目３２）
前記出力信号は、灌流フローマップを発生させ、前記灌流フローマップの１つまたはそれを上回る特徴が流体流動または物理的運動に起因するかどうかを決定するために使用可能である流動信号を備える、項目２３に記載の方法。
（項目３３）
前記出力信号は、前記外科手術用ツールが前記対象の組織領域に触れているかどうかを決定するために使用可能である力信号を備える、項目２４に記載の方法。
（項目３４）
前記出力信号は、前記外科手術用ツールが前記対象の組織領域と接触して設置されるとき、前記外科手術用ツールによって、前記対象の組織領域内またはその近傍の組織上に付与される力の量を決定するために使用可能である力信号を備える、項目２４に記載の方法。
（項目３５）
前記生物学的物質は、流体を備える、項目１に記載の方法。
（項目３６）
前記流体は、血液、リンパ液、組織流体、母乳、唾液、精液、胆汁、細胞内流体、細胞外流体、血管内流体、間質液、リンパ液、または細胞間流体を備える、項目３５に記載の方法。
（項目３７）
前記生物学的物質は、組織を備える、項目１に記載の方法。
（項目３８）
前記組織は、前記組織領域内またはその近傍にある、項目３７に記載の方法。
（項目３９）
灌流フローマップを発生させるための方法であって、前記方法は、
（ａ）対象の組織領域に向かって指向される少なくとも１つのレーザ光源を使用して発生されるレーザスペックルパターンからのレーザスペックル信号を取得するステップと、
（ｂ）前記対象のパルスと関連付けられるパルス信号から、参照信号を発生させるステップと、
（ｃ）前記レーザスペックル信号と前記参照信号を比較するステップと、
（ｄ）部分的に、前記レーザスペックル信号と前記参照信号の比較に基づいて、前記灌流フローマップを発生させるステップと
を含む、方法。
（項目４０）
前記レーザスペックル信号と前記参照信号の比較を使用して、前記レーザスペックルパターンの１つまたはそれを上回る特徴が流体流動または物理的運動に起因するかどうかを決定するステップをさらに含む、項目３９に記載の方法。
（項目４１）
前記レーザスペックル信号と前記参照信号の比較を使用して、前記灌流フローマップ内の１つまたはそれを上回る誤検出を排除するステップをさらに含み、前記１つまたはそれを上回る誤検出は、移動を示すが、前記１つまたはそれを上回る面積を通して流動する流体を有しない前記灌流フローマップ内の１つまたはそれを上回る面積に対応する、項目３９に記載の方法。
（項目４２）
前記レーザスペックル信号と前記参照信号を比較するステップは、
（ｃ１）少なくとも部分的に、少なくとも前記レーザスペックル信号に対応する第１の関数に基づいて、関数空間を定義するステップと、
（ｃ２）前記関数空間に関する１つまたはそれを上回る測定値を算出するステップであって、前記１つまたはそれを上回る測定値は、（ｉ）部分的に、前記参照信号に対応する第２の関数に基づいて定義され、（ｉｉ）前記灌流フローマップを発生させるために使用される、ステップと
を含む、項目３９に記載の方法。
（項目４３）
前記関数空間は、前記少なくとも１つのレーザ光源を使用して発生されたレーザスペックル信号のセットと関連付けられる関数のセットに対応する、項目４２に記載の方法。
（項目４４）
前記レーザスペックル信号のセットは、前記レーザスペックル信号を備える、項目４３に記載の方法。
（項目４５）
前記関数空間は、Ｌｅｂｅｓｇｕｅ関数空間を備える、項目４２に記載の方法。
（項目４６）
前記第１の関数または前記第２の関数のうちの少なくとも１つは、無限次元ベクトル空間内にある出力値のセットを備える無限次元ベクトル関数を備える、項目４２に記載の方法。
（項目４７）
前記関数空間に関する前記１つまたはそれを上回る測定値は、部分的に、前記第１の関数および前記第２の関数を比較することによって導出される、項目４２に記載の方法。
（項目４８）
前記レーザスペックル信号と前記参照信号を比較するステップは、前記レーザスペックル信号を前記参照信号上に投影し、または前記参照信号を前記レーザスペックル信号上に投影し、前記レーザスペックル信号と関連付けられる第１のピクセル値のセットを前記参照信号と関連付けられる第２のピクセル値のセットに対して比較するステップを含む、項目３９に記載の方法。
（項目４９）
前記第１の関数および前記第２の関数を比較するステップは、前記第１の関数および前記第２の関数を使用して、内積、ドット積、相互相関、自己相関、正規化された相互相関、または加重された測定積分のうちの少なくとも１つを算出するステップを含む、項目４７に記載の方法。
（項目５０）
前記第１の関数および前記第２の関数を比較するステップは、１つまたはそれを上回る信号または時系列比較器を使用して、前記第１の関数と前記第２の関数との間の相関の量または程度を決定するステップを含む、項目４７に記載の方法。
（項目５１）
前記第１の関数および前記第２の関数の比較は、時間ドメインまたは周波数ドメイン内で実施される、項目４７に記載の方法。
（項目５２）
前記第１の関数および前記第２の関数の比較は、レーザスペックル画像の少なくとも一部にわたって生じ、前記部分は、前記レーザスペックル画像内の１つまたはそれを上回る着目領域を備える、項目４７に記載の方法。
（項目５３）
前記第１の関数および前記第２の関数の比較は、前記レーザスペックルパターンを備えるレーザスペックル画像に関して捕捉される新しいフレーム毎に、実質的にリアルタイムで、かつフレームごとに実施される、項目４７に記載の方法。
（項目５４）
前記関数空間に関する前記１つまたはそれを上回る測定値は、前記レーザスペックル信号と前記パルス信号との間の相関の量または程度に対応する、項目４２に記載の方法。
（項目５５）
前記レーザスペックル信号は、前記複数のフレームがリアルタイムで受信または処理されるにつれて、複数のフレームにわたって取得される、項目３９に記載の方法。
（項目５６）
前記レーザスペックルパターンは、異なる波長または周波数を有する複数のレーザビームまたはパルスを発生させるように構成される複数のレーザ光源を使用して発生される、項目３９に記載の方法。
（項目５７）
前記複数のレーザビームまたはパルスは、約１００ナノメートル（ｎｍ）～約１ミリメートル（ｍｍ）の波長を有する、項目５６に記載の方法。
（項目５８）
前記灌流フローマップを使用して、前記組織領域が、血流を受容する生体組織を備えるかどうかを決定するステップをさらに含む、項目３９に記載の方法。
（項目５９）
前記灌流フローマップを使用して、不可視である１つまたはそれを上回る重要構造を検出するステップをさらに含む、項目３９に記載の方法。
（項目６０）
対象の組織領域内またはその近傍にある組織上に付与される力を決定するための方法であって、前記方法は、
（ａ）前記対象の組織領域に向かって指向される少なくとも１つのレーザ光源を使用して発生されるレーザスペックルパターンから、レーザスペックル信号を取得するステップと、
（ｂ）異なる周波数でスピンするように構成される２つまたはそれを上回るモータの振動と関連付けられる複数の波形を使用して、参照信号を発生させるステップと、
（ｃ）前記参照信号を使用して、前記レーザスペックル信号を変調させるステップと、
（ｄ）前記変調されたレーザスペックル信号と前記参照信号を比較するステップと、
（ｅ）部分的に、前記変調されたレーザスペックル信号と前記参照信号の比較に基づいて、力信号を発生させるステップと
を含む、方法。
（項目６１）
前記２つまたはそれを上回るモータは、外科手術手技の１つまたはそれを上回るステップを実施するために使用される外科手術用ツールに結合されるトランスデューサ内に格納される、項目６０に記載の方法。
（項目６２）
前記変調されたレーザスペックル信号は、前記外科手術用ツールが前記対象の組織領域と接触して設置されるときに発生される、項目６１に記載の方法。
（項目６３）
前記複数の波形は、第１の周波数を伴う第１の波形と、前記第１の周波数と異なる第２の周波数を伴う第２の波形の重畳を備える、項目６０に記載の方法。
（項目６４）
前記第１の波形と前記第２の波形の重畳は、パルス状波形を発生させる、項目６３に記載の方法。
（項目６５）
前記第１の波形は、搬送波形を備える、項目６３に記載の方法。
（項目６６）
前記力信号は、前記外科手術用ツールが、前記対象の組織領域内またはその近傍にある組織に触れているかどうかを決定するために使用可能である、項目６１に記載の方法。
（項目６７）
前記力信号は、前記外科手術用ツールが前記対象の組織領域と接触して設置されるとき、前記外科手術用ツールによって、前記対象の組織領域内またはその近傍にある組織上に付与される力の量を決定するために使用可能である、項目６１に記載の方法。
（項目６８）
前記変調されたレーザスペックル信号と前記参照信号を比較するステップは、
（ｄ１）少なくとも部分的に、少なくとも前記変調されたレーザスペックル信号に対応する第１の関数に基づいて、関数空間を定義するステップと、
（ｄ２）前記関数空間に関する１つまたはそれを上回る測定値を算出するステップであって、前記１つまたはそれを上回る測定値は、（ｉ）部分的に、前記参照信号に対応する第２の関数に基づいて定義され、（ｉｉ）前記力信号を発生させるために使用される、ステップと
を含む、項目６０に記載の方法。
（項目６９）
前記関数空間は、前記少なくとも１つのレーザ光源を使用して発生されたレーザスペックル信号のセットと関連付けられる関数のセットに対応する、項目６８に記載の方法。
（項目７０）
前記レーザスペックル信号のセットは、前記変調されたレーザスペックル信号を備える、項目６９に記載の方法。
（項目７１）
前記関数空間は、Ｌｅｂｅｓｇｕｅ関数空間を備える、項目６８に記載の方法。
（項目７２）
前記第１の関数または前記第２の関数のうちの少なくとも１つは、無限次元ベクトル空間内にある出力値のセットを備える無限次元ベクトル関数を備える、項目６８に記載の方法。
（項目７３）
前記関数空間に関する前記１つまたはそれを上回る測定値は、部分的に、前記第１の関数および前記第２の関数を比較することによって導出される、項目６８に記載の方法。
（項目７４）
前記変調されたレーザスペックル信号と前記参照信号を比較するステップは、前記変調されたレーザスペックル信号を前記参照信号上に投影し、または前記参照信号を前記変調されたレーザスペックル信号上に投影し、前記変調されたレーザスペックル信号と関連付けられる第１のピクセル値のセットを前記参照信号と関連付けられる第２のピクセル値のセットに対して比較するステップを含む、項目６０に記載の方法。
（項目７５）
前記第１の関数および前記第２の関数を比較するステップは、前記第１の関数および前記第２の関数を使用して、内積、ドット積、相互相関、自己相関、正規化された相互相関、または加重された測定積分のうちの少なくとも１つを算出するステップを含む、項目６８に記載の方法。
（項目７６）
前記第１の関数および前記第２の関数を比較するステップは、１つまたはそれを上回る信号または時系列比較器を使用して、前記第１の関数と前記第２の関数との間の相関の量または程度を決定するステップを含む、項目６８に記載の方法。
（項目７７）
前記第１の関数および前記第２の関数の比較は、時間ドメインまたは周波数ドメイン内で実施される、項目６８に記載の方法。
（項目７８）
前記第１の関数および前記第２の関数の比較は、前記レーザスペックルパターンを備えるレーザスペックル画像の少なくとも一部にわたって生じ、前記部分は、前記対象の組織領域内またはその近傍の１つまたはそれを上回る着目領域に対応する、項目６８に記載の方法。
（項目７９）
前記第１の関数および前記第２の関数の比較は、前記レーザスペックルパターンを備えるレーザスペックル画像に関して捕捉される新しいフレーム毎に、実質的にリアルタイムで、かつフレームごとに実施される、項目６８に記載の方法。
（項目８０）
前記関数空間に関する前記１つまたはそれを上回る測定値は、時間ドメインまたは周波数ドメインにおける前記変調されたレーザスペックル信号と前記参照信号との間の相関の量または程度に対応する、項目６８に記載の方法。
（項目８１）
前記レーザスペックル信号は、前記複数のフレームがリアルタイムで受信または処理されるにつれて、複数のフレームにわたって取得される、項目６０に記載の方法。
（項目８２）
前記レーザスペックルパターンは、異なる波長または周波数を有する複数のレーザビームまたはパルスを発生させるように構成される複数のレーザ光源を使用して発生される、項目６０に記載の方法。
（項目８３）
前記複数のレーザビームまたはパルスは、約１００ナノメートル（ｎｍ）～約１ミリメートル（ｍｍ）の波長を有する、項目８２に記載の方法。
（項目８４）
前記搬送波は、固定または一定波形を有する、項目６５に記載の方法。
（項目８５）
前記搬送波は、可変波形を有する、項目６５に記載の方法。
（項目８６）
レーザスペックルコントラスト撮像のための方法であって、
レーザ光を標的領域にスペックルパターンとして照射するステップと、
一連のスペックル画像フレームを捕捉するステップであって、前記一連のスペックル画像フレームは、それぞれが、前記レーザ光によって照明された前記標的領域の散乱された光から取得されるスペックル信号を備える、ステップと、
無限インパルスアルゴリズムを前記一連のスペックル画像フレームに適用することによって、１つまたはそれを上回るレーザスペックルコントラストマップを発生させるステップと
を含む、方法。
（項目８７）
前記一連のスペックル画像フレームは、光信号検出ユニットによって捕捉される、項目８６に記載の方法。
（項目８８）
前記光信号検出ユニットは、ＣＣＤカメラまたはＣＭＯＳカメラを備える、項目８６に記載の方法。
（項目８９）
前記無限インパルスアルゴリズムを適用するステップは、無限インパルス積分を使用して、時間ドメイン、空間ドメイン、または時空間ドメイン内の前記スペックル信号を積分することによって、ピクセル毎に、局所スペックルコントラスト値を算出するステップを含む、項目８６に記載の方法。
（項目９０）
所与のピクセルに関する前記局所スペックルコントラスト値は、先行スペックル画像フレーム内の前記スペックル信号を再帰的に総和することによって推定される統計値に基づいて計算される、項目８９に記載の方法。
（項目９１）
前記無限インパルスアルゴリズムは、空間無限インパルスアルゴリズム、時間無限インパルスアルゴリズム、および時空間無限インパルスアルゴリズムから成る群から選択される、項目８６に記載の方法。
（項目９２）
前記無限インパルスアルゴリズムは、構成可能パラメータを備える、項目８６に記載の方法。
（項目９３）
前記標的領域の性質に基づいて、前記構成可能パラメータを動的に調節するステップをさらに含む、項目９２に記載の方法。
（項目９４）
前記標的領域の性質は、前記標的領域内の粒子の移動度を備える、項目９３に記載の方法。
（項目９５）
前記標的領域は、組織構造を含み、前記性質は、前記組織のタイプを備える、項目９３に記載の方法。
（項目９６）
前記局所スペックルコントラスト値は、除算演算を伴わずに算出される、項目８９に記載の方法。
（項目９７）
前記空間ドメイン内の前記スペックル信号を積分するステップは、スペックル画像フレーム内の近傍ピクセルにわたって、スペックル信号の再帰和を算出するステップを含む、項目８９に記載の方法。
（項目９８）
前記近傍ピクセルは、３×３カーネル内にある、項目９７に記載の方法。
（項目９９）
前記近傍ピクセルにわたってスペックル信号の再帰和を算出するステップは、累算器を使用するステップを含む、項目９７に記載の方法。
（項目１００）
レーザスペックルコントラスト撮像（ＬＳＣＩ）のためのシステムであって、
光を標的領域に照射するように構成される光源と、
一連のスペックル画像フレームを捕捉するように構成される光信号検出ユニットであって、前記一連のスペックル画像フレームは、それぞれが、前記レーザ光によって照明された前記標的領域の散乱された光から取得されるスペックル信号を備える、光信号検出ユニットと、
１つまたはそれを上回るプロセッサであって、前記１つまたはそれを上回るプロセッサは、無限インパルスアルゴリズムを前記一連のスペックル画像フレームに適用することによって、１つまたはそれを上回るレーザスペックルコントラストマップを発生させるように構成される、１つまたはそれを上回るプロセッサと
を備える、システム。
（項目１０１）
前記光信号検出ユニットは、ＣＣＤカメラまたはＣＭＯＳカメラを備える、項目１００に記載のシステム。
（項目１０２）
前記無限インパルスアルゴリズムを適用するステップは、無限インパルス積分を使用して、時間ドメイン、空間ドメイン、または時空間ドメイン内の前記スペックル信号を積分することによって、ピクセル毎に、局所スペックルコントラスト値を算出するステップを含む、項目１００に記載のシステム。
（項目１０３）
所与のピクセルに関する前記局所スペックルコントラスト値は、先行スペックル画像フレーム内の前記スペックル信号を再帰的に総和することによって推定される統計値に基づいて計算される、項目１０２に記載のシステム。
（項目１０４）
前記無限インパルスアルゴリズムは、空間無限インパルスアルゴリズム、時間無限インパルスアルゴリズム、および時空間無限インパルスアルゴリズムから成る群から選択される、項目１００に記載のシステム。
（項目１０５）
前記無限インパルスアルゴリズムは、構成可能パラメータを備える、項目１００に記載のシステム。
All publications, patents, and patent applications mentioned herein are mentioned to the same extent as if each individual publication, patent, or patent application was specifically and individually indicated to be incorporated by reference. , incorporated herein by reference. To the extent that publications and patents or patent applications incorporated by reference are inconsistent with the disclosure contained herein, this specification supersedes and/or antecedents any such inconsistent material. is intended.
The present invention provides, for example, the following.
(Item 1)
A method for signal processing, the method comprising:
(a) a laser speckle signal from a laser speckle pattern generated using (1) at least one laser light source directed toward a tissue region of the subject; and (2) a laser speckle signal of or from the subject's body. and obtaining a reference signal corresponding to the movement of biological material in the
(b) defining a function space based at least in part on a first function corresponding to at least the laser speckle signal;
(c) calculating one or more measurements on the function space, wherein the one or more measurements are based, in part, on a second function corresponding to the reference signal. a step defined by
(d) generating an output signal based, in part, on the one or more measurements regarding the function space;
(e) using the output signal to assist in a surgical procedure on or near the target tissue region;
including methods.
(Item 2)
2. The method of item 1, wherein the function space corresponds to a set of functions associated with a set of laser speckle signals generated using the at least one laser light source.
(Item 3)
3. The method of item 2, wherein the set of laser speckle signals comprises the laser speckle signals.
(Item 4)
2. The method of item 1, wherein the laser speckle pattern is generated using multiple laser light sources configured to generate multiple laser beams or pulses having different wavelengths.
(Item 5)
5. The method of item 4, wherein the plurality of laser beams or pulses have a wavelength of about 100 nanometers (nm) to about 1 millimeter (mm).
(Item 6)
2. The method of item 1, wherein the function space comprises a Lebesgue function space.
(Item 7)
2. The method of item 1, wherein at least one of the first function or the second function comprises an infinite-dimensional vector function with a set of output values lying in an infinite-dimensional vector space.
(Item 8)
2. The method of item 1, wherein the laser speckle signal is acquired over multiple frames as the multiple frames are received or processed in real time.
(Item 9)
2. The method of item 1, wherein the one or more measurements about the function space are derived, in part, by comparing the first function and the second function.
(Item 10)
The step of comparing the first function and the second function includes projecting the laser speckle signal onto the reference signal, or projecting the reference signal onto the laser speckle signal, and comparing the laser speckle signal with the laser speckle signal. 10. The method of item 9, comprising comparing a first set of pixel values associated with a signal against a second set of pixel values associated with the reference signal.
(Item 11)
The step of comparing the first function and the second function includes calculating an inner product, a dot product, a cross-correlation, an autocorrelation, a normalized cross-correlation using the first function and the second function. , or a weighted measurement integral.
(Item 12)
Comparing the first function and the second function uses one or more signal or time series comparators to determine the correlation between the first function and the second function. 10. The method of item 9, comprising the step of determining the amount or extent of.
(Item 13)
10. The method of item 9, wherein the comparison of the first function and the second function is performed in the time domain or the frequency domain.
(Item 14)
The comparison of the first function and the second function occurs over at least a portion of a laser speckle image comprising the laser speckle pattern, the portion being one or more in or near the tissue region of interest. The method described in item 9 corresponds to an area of interest exceeding that.
(Item 15)
Comparison of the first function and the second function is performed substantially in real-time and on a frame-by-frame basis for each new frame captured for a laser speckle image comprising the laser speckle pattern. 9.
(Item 16)
2. The method of item 1, wherein the reference signal is obtained or generated using a pulse signal associated with the pulse of interest.
(Item 17)
17. The method of item 16, wherein the pulse signal is obtained using an external device.
(Item 18)
18. The method of item 17, wherein the external device comprises a pulse oximeter.
(Item 19)
17. The method of item 16, further comprising using the pulsed signal to determine whether one or more features of the laser speckle pattern are due to fluid flow or physical motion.
(Item 20)
17. The method of item 16, wherein the one or more measurements regarding the function space correspond to an amount or degree of correlation between the laser speckle signal and the pulse signal.
(Item 21)
17. The method of item 16, wherein the output signal comprises a flow signal that can be used to generate a perfusion flow map.
(Item 22)
The flow signal can be used to eliminate one or more false positives in the perfusion flow map, the one or more false positives indicating movement but not the one or more false positives in the perfusion flow map. 22. The method of item 21, wherein the method corresponds to one or more areas in the perfusion flow map having no fluid flowing through the area.
(Item 23)
The method of item 1, wherein the reference signal is obtained or generated using a plurality of waveforms associated with vibrations of two or more motors configured to spin at different frequencies.
(Item 24)
24. The two or more motors are housed within a transducer that is coupled to a surgical tool used to perform one or more steps of the surgical procedure. Method.
(Item 25)
24. The method of item 23, wherein the plurality of waveforms comprises a superposition of a first waveform with a first frequency and a second waveform with a second frequency different from the first frequency.
(Item 26)
26. The method according to item 25, wherein the superposition of the first waveform and the second waveform generates a pulsed waveform.
(Item 27)
26. The method of item 25, wherein the first waveform comprises a carrier wave.
(Item 28)
28. The method according to item 27, wherein the carrier wave has a fixed or constant waveform.
(Item 29)
28. The method of item 27, wherein the carrier wave has a variable waveform.
(Item 30)
25. The method of item 24, wherein the laser speckle signal comprises a modulated laser speckle signal generated when the surgical tool is placed in contact with the target tissue region.
(Item 31)
Clause 30, wherein the one or more measurements regarding the functional space correspond to an amount or degree of correlation between the modulated laser speckle signal and the reference signal in a time domain or a frequency domain. the method of.
(Item 32)
the output signal comprises a flow signal that can be used to generate a perfusion flow map and determine whether one or more features of the perfusion flow map are due to fluid flow or physical movement; The method described in item 23.
(Item 33)
25. The method of item 24, wherein the output signal comprises a force signal that can be used to determine whether the surgical tool is touching the target tissue region.
(Item 34)
The output signal is indicative of the force exerted by the surgical tool on tissue in or near the target tissue region when the surgical tool is placed in contact with the target tissue region. 25. The method of item 24, comprising a force signal that can be used to determine a quantity.
(Item 35)
2. The method of item 1, wherein the biological material comprises a fluid.
(Item 36)
36. The method of item 35, wherein the fluid comprises blood, lymph, tissue fluid, breast milk, saliva, semen, bile, intracellular fluid, extracellular fluid, intravascular fluid, interstitial fluid, lymph, or intercellular fluid. .
(Item 37)
2. The method of item 1, wherein the biological material comprises tissue.
(Item 38)
38. The method of item 37, wherein the tissue is in or near the tissue region.
(Item 39)
A method for generating a perfusion flow map, the method comprising:
(a) obtaining a laser speckle signal from a laser speckle pattern generated using at least one laser light source directed toward a tissue region of interest;
(b) generating a reference signal from a pulse signal associated with the pulse of interest;
(c) comparing the laser speckle signal and the reference signal;
(d) generating the perfusion flow map based, in part, on a comparison of the laser speckle signal and the reference signal;
including methods.
(Item 40)
Item further comprising using a comparison of the laser speckle signal and the reference signal to determine whether one or more features of the laser speckle pattern are due to fluid flow or physical motion. 39.
(Item 41)
further comprising using a comparison of the laser speckle signal and the reference signal to eliminate one or more false positives in the perfusion flow map, wherein the one or more false positives are displaced. 40. The method of item 39, wherein the perfusion flow map corresponds to one or more areas in the perfusion flow map with no fluid flowing through the one or more areas.
(Item 42)
Comparing the laser speckle signal and the reference signal comprises:
(c1) defining a function space based at least in part on a first function corresponding to at least the laser speckle signal;
(c2) calculating one or more measurements on the function space, the one or more measurements comprising: (i) in part a second measurement corresponding to the reference signal; (ii) used to generate said perfusion flow map;
The method according to item 39, comprising:
(Item 43)
43. The method of item 42, wherein the function space corresponds to a set of functions associated with a set of laser speckle signals generated using the at least one laser light source.
(Item 44)
44. The method of item 43, wherein the set of laser speckle signals comprises the laser speckle signals.
(Item 45)
43. The method of item 42, wherein the function space comprises a Lebesgue function space.
(Item 46)
43. The method of item 42, wherein at least one of the first function or the second function comprises an infinite-dimensional vector function with a set of output values lying in an infinite-dimensional vector space.
(Item 47)
43. The method of item 42, wherein the one or more measurements about the function space are derived, in part, by comparing the first function and the second function.
(Item 48)
The step of comparing the laser speckle signal and the reference signal includes projecting the laser speckle signal onto the reference signal, or projecting the reference signal onto the laser speckle signal, and comparing the laser speckle signal with the laser speckle signal. 40. The method of item 39, comprising comparing a first set of associated pixel values to a second set of pixel values associated with the reference signal.
(Item 49)
The step of comparing the first function and the second function includes calculating an inner product, a dot product, a cross-correlation, an autocorrelation, a normalized cross-correlation using the first function and the second function. , or a weighted measurement integral.
(Item 50)
Comparing the first function and the second function uses one or more signal or time series comparators to determine the correlation between the first function and the second function. 48. The method of item 47, comprising the step of determining the amount or extent of.
(Item 51)
48. The method of item 47, wherein the comparison of the first function and the second function is performed in the time domain or the frequency domain.
(Item 52)
Item 47, wherein the comparison of the first function and the second function occurs over at least a portion of a laser speckle image, the portion comprising one or more regions of interest within the laser speckle image. The method described in.
(Item 53)
Comparison of the first function and the second function is performed substantially in real-time and on a frame-by-frame basis for each new frame captured for a laser speckle image comprising the laser speckle pattern. 47.
(Item 54)
43. The method of item 42, wherein the one or more measurements regarding the function space correspond to an amount or degree of correlation between the laser speckle signal and the pulse signal.
(Item 55)
40. The method of item 39, wherein the laser speckle signal is acquired over multiple frames as the multiple frames are received or processed in real time.
(Item 56)
40. The method of item 39, wherein the laser speckle pattern is generated using multiple laser light sources configured to generate multiple laser beams or pulses having different wavelengths or frequencies.
(Item 57)
57. The method of item 56, wherein the plurality of laser beams or pulses have a wavelength of about 100 nanometers (nm) to about 1 millimeter (mm).
(Item 58)
40. The method of item 39, further comprising using the perfusion flow map to determine whether the tissue region comprises biological tissue that receives blood flow.
(Item 59)
40. The method of item 39, further comprising using the perfusion flow map to detect one or more important structures that are invisible.
(Item 60)
A method for determining force exerted on tissue within or near a tissue region of interest, the method comprising:
(a) obtaining a laser speckle signal from a laser speckle pattern generated using at least one laser light source directed toward the tissue region of interest;
(b) generating a reference signal using a plurality of waveforms associated with vibrations of two or more motors configured to spin at different frequencies;
(c) modulating the laser speckle signal using the reference signal;
(d) comparing the modulated laser speckle signal and the reference signal;
(e) generating a force signal based, in part, on a comparison of the modulated laser speckle signal and the reference signal;
including methods.
(Item 61)
The method of item 60, wherein the two or more motors are housed within a transducer that is coupled to a surgical tool used to perform one or more steps of a surgical procedure. .
(Item 62)
62. The method of item 61, wherein the modulated laser speckle signal is generated when the surgical tool is placed in contact with the target tissue region.
(Item 63)
61. The method of item 60, wherein the plurality of waveforms comprises a superposition of a first waveform with a first frequency and a second waveform with a second frequency different from the first frequency.
(Item 64)
64. The method of item 63, wherein the superposition of the first waveform and the second waveform generates a pulsed waveform.
(Item 65)
64. The method of item 63, wherein the first waveform comprises a carrier waveform.
(Item 66)
62. The method of item 61, wherein the force signal can be used to determine whether the surgical tool is touching tissue in or near the target tissue region.
(Item 67)
The force signal is a force exerted by the surgical tool on tissue in or near the target tissue region when the surgical tool is placed in contact with the target tissue region. 62. The method of item 61, which can be used to determine the amount of.
(Item 68)
Comparing the modulated laser speckle signal and the reference signal comprises:
(d1) defining a function space based at least in part on a first function corresponding to at least the modulated laser speckle signal;
(d2) calculating one or more measurements on the function space, the one or more measurements comprising: (i) in part a second measurement corresponding to the reference signal; a step defined based on a function and (ii) used to generate said force signal;
The method of item 60, comprising:
(Item 69)
69. The method of item 68, wherein the function space corresponds to a set of functions associated with a set of laser speckle signals generated using the at least one laser light source.
(Item 70)
70. The method of item 69, wherein the set of laser speckle signals comprises the modulated laser speckle signals.
(Item 71)
69. The method of item 68, wherein the function space comprises a Lebesgue function space.
(Item 72)
69. The method of item 68, wherein at least one of the first function or the second function comprises an infinite-dimensional vector function with a set of output values lying in an infinite-dimensional vector space.
(Item 73)
69. The method of item 68, wherein the one or more measurements about the function space are derived, in part, by comparing the first function and the second function.
(Item 74)
The step of comparing the modulated laser speckle signal and the reference signal includes projecting the modulated laser speckle signal onto the reference signal or projecting the reference signal onto the modulated laser speckle signal. The method of item 60, comprising projecting and comparing a first set of pixel values associated with the modulated laser speckle signal against a second set of pixel values associated with the reference signal. .
(Item 75)
The step of comparing the first function and the second function includes calculating an inner product, a dot product, a cross-correlation, an autocorrelation, a normalized cross-correlation using the first function and the second function. , or a weighted measurement integral.
(Item 76)
Comparing the first function and the second function uses one or more signal or time series comparators to determine the correlation between the first function and the second function. 69. The method of item 68, comprising the step of determining the amount or extent of.
(Item 77)
69. The method of item 68, wherein the comparison of the first function and the second function is performed in the time domain or the frequency domain.
(Item 78)
The comparison of the first function and the second function occurs over at least a portion of a laser speckle image comprising the laser speckle pattern, the portion being one or more in or near the tissue region of interest. The method according to item 68, which corresponds to a region of interest exceeding that.
(Item 79)
Comparison of the first function and the second function is performed substantially in real-time and on a frame-by-frame basis for each new frame captured for a laser speckle image comprising the laser speckle pattern. 68.
(Item 80)
69. The one or more measurements regarding the functional space correspond to an amount or degree of correlation between the modulated laser speckle signal and the reference signal in a time domain or a frequency domain. the method of.
(Item 81)
61. The method of item 60, wherein the laser speckle signal is acquired over multiple frames as the multiple frames are received or processed in real time.
(Item 82)
61. The method of item 60, wherein the laser speckle pattern is generated using multiple laser light sources configured to generate multiple laser beams or pulses having different wavelengths or frequencies.
(Item 83)
83. The method of item 82, wherein the plurality of laser beams or pulses have a wavelength of about 100 nanometers (nm) to about 1 millimeter (mm).
(Item 84)
66. The method of item 65, wherein the carrier wave has a fixed or constant waveform.
(Item 85)
66. The method of item 65, wherein the carrier wave has a variable waveform.
(Item 86)
A method for laser speckle contrast imaging, the method comprising:
irradiating the target area with laser light as a speckle pattern;
capturing a series of speckle image frames, each of the series of speckle image frames comprising a speckle signal obtained from scattered light of the target area illuminated by the laser light; , step and
generating one or more laser speckle contrast maps by applying an infinite impulse algorithm to the series of speckle image frames;
including methods.
(Item 87)
87. The method of item 86, wherein the series of speckle image frames are captured by an optical signal detection unit.
(Item 88)
87. The method of item 86, wherein the optical signal detection unit comprises a CCD camera or a CMOS camera.
(Item 89)
Applying the infinite impulse algorithm calculates, for each pixel, a local speckle contrast value by integrating the speckle signal in the time domain, spatial domain, or spatiotemporal domain using infinite impulse integration. 87. The method of item 86, comprising the step of calculating.
(Item 90)
90. The method of item 89, wherein the local speckle contrast value for a given pixel is calculated based on statistics estimated by recursively summing the speckle signals in previous speckle image frames. .
(Item 91)
87. The method of item 86, wherein the infinite impulse algorithm is selected from the group consisting of a spatial infinite impulse algorithm, a temporal infinite impulse algorithm, and a spatiotemporal infinite impulse algorithm.
(Item 92)
87. The method of item 86, wherein the infinite impulse algorithm comprises configurable parameters.
(Item 93)
93. The method of item 92, further comprising dynamically adjusting the configurable parameter based on properties of the target region.
(Item 94)
94. The method of item 93, wherein the property of the target region comprises mobility of particles within the target region.
(Item 95)
94. The method of item 93, wherein the target region includes a tissue structure and the property comprises a type of the tissue.
(Item 96)
90. The method of item 89, wherein the local speckle contrast value is calculated without a division operation.
(Item 97)
90. The method of item 89, wherein integrating the speckle signal in the spatial domain comprises computing a recursive sum of the speckle signal over neighboring pixels in a speckle image frame.
(Item 98)
98. The method of item 97, wherein the neighboring pixels are within a 3x3 kernel.
(Item 99)
98. The method of item 97, wherein computing a recursive sum of speckle signals over neighboring pixels includes using an accumulator.
(Item 100)
A system for laser speckle contrast imaging (LSCI), the system comprising:
a light source configured to apply light to a target area;
a light signal detection unit configured to capture a series of speckle image frames, each of the series of speckle image frames being configured to capture light from scattered light of the target area illuminated by the laser light; an optical signal detection unit comprising an acquired speckle signal;
one or more processors, the one or more processors generating one or more laser speckle contrast maps by applying an infinite impulse algorithm to the series of speckle image frames; one or more processors configured to generate
A system equipped with.
(Item 101)
101. The system of item 100, wherein the optical signal detection unit comprises a CCD camera or a CMOS camera.
(Item 102)
Applying the infinite impulse algorithm calculates, for each pixel, a local speckle contrast value by integrating the speckle signal in the time domain, spatial domain, or spatiotemporal domain using infinite impulse integration. The system of item 100, comprising the step of calculating.
(Item 103)
103. The system of item 102, wherein the local speckle contrast value for a given pixel is calculated based on statistics estimated by recursively summing the speckle signals in previous speckle image frames. .
(Item 104)
101. The system of item 100, wherein the infinite impulse algorithm is selected from the group consisting of a spatial infinite impulse algorithm, a temporal infinite impulse algorithm, and a spatiotemporal infinite impulse algorithm.
(Item 105)
101. The system of item 100, wherein the infinite impulse algorithm comprises configurable parameters.
Claims (20)
（ａ）前記１つまたはそれを上回るプロセッサが、（１）対象の組織領域に向かって指向される少なくとも１つのレーザ光源を使用して発生されるレーザスペックルパターンからのレーザスペックル信号と、（２）前記対象の身体のまたは前記対象の身体の中の生物学的物質の移動に対応する時系列データを備える参照信号とを取得することであって、前記参照信号は、前記レーザスペックル信号以外の１つまたはそれを上回る信号と関連付けられる外部から導出される信号を備える、ことと、
（ｂ）前記１つまたはそれを上回るプロセッサが、（ｉ）前記レーザスペックル信号と関連付けられる第１の時系列と（ｉｉ）前記参照信号と関連付けられる第２の時系列との間の相関を決定することによって、前記レーザスペックル信号と関連付けられる１つまたはそれを上回るピクセル値を前記参照信号と比較することであって、前記比較することは、前記レーザスペックルパターンを備えるレーザスペックル画像に関して捕捉されるフレーム毎に、リアルタイムでかつフレームごとに、実施される、ことと、
（ｃ）前記１つまたはそれを上回るプロセッサが、（ｂ）において決定された前記相関に部分的に基づいて、１つまたはそれを上回る出力信号を発生させることであって、前記１つまたはそれを上回る出力信号は、前記生物学的物質の前記移動を示す、ことと、
（ｄ）前記１つまたはそれを上回るプロセッサが、前記１つまたはそれを上回る出力信号を使用して、（ｉ）前記対象の前記組織領域に関する灌流フローマップを発生させ、（ｉｉ）前記灌流フローマップ内の１つまたはそれを上回る誤検出を排除することと
を含む、作動方法。 A method of operating a system for signal processing, the system comprising one or more processors, the method comprising:
(a) the one or more processors (1) generate a laser speckle signal from a laser speckle pattern generated using at least one laser light source directed toward a tissue region of interest; (2) obtaining a reference signal comprising time-series data corresponding to movement of biological material of or within the body of the subject , the reference signal comprising the laser speckles; an externally derived signal associated with one or more signals other than the signal ;
(b) the one or more processors are configured to calculate a correlation between (i) a first time series associated with the laser speckle signal and (ii) a second time series associated with the reference signal; comparing one or more pixel values associated with the laser speckle signal with the reference signal by determining a laser speckle image comprising the laser speckle pattern; performed in real-time and on a frame-by-frame basis, for each frame captured with respect to the
(c) the one or more processors generating one or more output signals based in part on the correlation determined in (b), wherein the one or more processors generate one or more output signals based in part on the correlation determined in (b); an output signal greater than , indicative of the movement of the biological material;
(d) the one or more processors use the one or more output signals to (i) generate a perfusion flow map for the tissue region of the subject; and (ii) the perfusion flow Eliminating one or more false positives in the map and
How it works , including:
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