WO2017056870A1 - 静脈可視化装置 - Google Patents

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WO2017056870A1
WO2017056870A1 PCT/JP2016/076127 JP2016076127W WO2017056870A1 WO 2017056870 A1 WO2017056870 A1 WO 2017056870A1 JP 2016076127 W JP2016076127 W JP 2016076127W WO 2017056870 A1 WO2017056870 A1 WO 2017056870A1
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WO
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unit
imaging unit
vein
light
vein visualization
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PCT/JP2016/076127
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English (en)
French (fr)
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英一 松井
保夫 中島
鈴木　光
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コーケンメディカル株式会社
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Publication date
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Priority to US15/756,339 priority patent/US20180279945A1/en
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    • A61B5/489—Blood vessels
    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • A61B90/50—Supports for surgical instruments, e.g. articulated arms
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    • A61M5/427—Locating point where body is to be pierced, e.g. vein location means using ultrasonic waves, injection site templates
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    • G—PHYSICS
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    • G06V2201/00—Indexing scheme relating to image or video recognition or understanding
    • G06V2201/03—Recognition of patterns in medical or anatomical images

Definitions

  • This disclosure relates to a non-contact near-infrared vein visualization device.
  • the display unit of the device is a wearable computer such as a head-mounted display or a glasses-type display as in Patent Document 1 or 2, it is necessary for a medical worker to wear it every time a puncturing operation is performed, and the usability is poor.
  • wearable computers are often expensive.
  • Patent Document 3 or 4 a technique for projecting a vein image on a puncture site of a patient requires advanced image processing, and the apparatus is often expensive.
  • Patent Document 5 if the optical axis of the camera and the optical axis of the light source are arranged in parallel, halation may occur and it may be difficult to confirm the vein image.
  • An object of the present disclosure is to provide a vein visualization device that is small, lightweight, and has excellent operability.
  • the vein visualization device includes an irradiation unit that irradiates a puncture site with light including a wavelength component of 900 to 1500 nm, and an infrared transmission filter, and receives the light transmitted through the infrared transmission filter and receives the light.
  • Non-contact type comprising: an imaging unit that images a puncture site; an image processing unit that extracts a vein from a captured image of the imaging unit; a display unit that displays an image processed by the image processing unit; and a power unit
  • the irradiation unit includes a plurality of light sources having an optical axis inclined at an angle of 15 ° to 60 ° with respect to the optical axis of the imaging unit, and a directivity angle of light emitted from the light source 2 ⁇ 1 / 2 is 40 ° or more.
  • a polarizing filter is not disposed on the optical path from the irradiation unit to the imaging unit.
  • a polarizing filter is provided, the light received by the imaging unit becomes weak, so it is necessary to increase the ISO sensitivity, and the sharpness of the image tends to deteriorate.
  • a more detailed image can be obtained.
  • the polarizing filter is provided, the aperture of the subject lens cannot be further reduced, and the depth of field tends to be shallow.
  • the provision of the polarizing filter can prevent the depth of field from becoming shallow. .
  • each irradiation region of the light source overlaps within the field of view of the imaging unit.
  • the puncture site can be illuminated more uniformly, and as a result, the vein of the puncture site can be more reliably imaged.
  • the irradiating unit emits pulse light
  • the imaging timing of the imaging unit is 10 to 30 strokes / second
  • the emission timing of the irradiating unit and the imaging timing of the imaging unit are It is preferable to further include a control unit for synchronization. Power consumption can be reduced.
  • the irradiation unit is provided in the first housing
  • the display unit is provided in the second housing
  • the first housing and the second housing can be folded. It is preferable that the irradiating unit and the display unit are connected to each other and are arranged on the outer surfaces when the first housing and the second housing are folded.
  • the orientation of the display unit can be adjusted to an angle that is easy for the operator to see, improving workability. Further, the size can be further reduced.
  • the imaging unit is provided in the first casing. Further downsizing is possible, which is suitable for the handy type.
  • the imaging unit is provided in a third casing fixed to the first casing.
  • the vein visualization device further includes a support portion that supports the third housing so as to be movable in the vertical direction.
  • the vein visualization device becomes a stand type, and an operator can perform a puncturing operation without holding the vein visualization device by hand. For this reason, the puncturing operation is further simplified.
  • the vein visualization device preferably further includes a flexible arm. Puncturing work in an ambulance where a worker is forced to work in a limited space with a lot of emergency medical equipment loaded in a moving vehicle with vibration, without holding the vein visualization device by hand Can be performed safely and reliably. For this reason, the puncturing operation is further simplified.
  • the present disclosure can provide a vein visualization device that is small, lightweight, and has excellent operability.
  • FIG. 1 is a schematic front view showing a first example of a vein visualization apparatus according to this embodiment.
  • the vein visualization device 1 includes an irradiation unit 10 that irradiates a puncture site 901 with light including a wavelength component of 900 to 1500 nm, and an infrared transmission filter 21, and light that has passed through the infrared transmission filter 21.
  • the imaging unit 20 that receives the light and picks up the puncture site 901, the image processing unit 30 that extracts the vein from the captured image of the imaging unit 20, the display unit 40 that displays the image processed by the image processing unit 30, and the power source
  • the irradiation unit 10 has a light source 11 having an optical axis L1 inclined at an angle A of 15 ° to 60 ° with respect to the optical axis L2 of the imaging unit 20.
  • the directivity angle 2 ⁇ 1 / 2 of the light emitted from the light source 11 is 40 ° or more.
  • the irradiation unit 10 emits light including a wavelength component of 900 to 1500 nm from the light source 11 toward the puncture site 901.
  • the light source 11 is, for example, an infrared LED.
  • the peak wavelength of the light source 11 is preferably 850 nm or 940 nm, and more preferably 940 nm.
  • the irradiation unit 10 may irradiate light including a wavelength component of at least 900 to 1500 nm, and irradiates light including a wavelength component of less than 900 nm and / or a wavelength component of more than 1500 nm in addition to the wavelength component of 900 to 1500 nm. May be.
  • the irradiation part 10 may have a visible light source (not shown) as needed.
  • the visible light source is a light source that emits light including a wavelength component of 380 to 780 nm.
  • the puncture site 901 is a part of the patient's arm 900, for example.
  • the imaging unit 20 includes a lens and an imaging element.
  • the lens collects the reflected light from the puncture site 901 and forms an image on the light receiving surface of the image sensor.
  • the imaging element converts light and darkness of the image formed by the lens into an electric signal.
  • the image sensor is, for example, a CCD image sensor or a CMOS image sensor.
  • the imaging unit 20 has an infrared transmission filter 21 and does not have a heat ray absorption filter.
  • the infrared transmission filter 21 is a filter that absorbs visible light and transmits infrared light.
  • the heat ray absorption filter is a filter that absorbs infrared light and transmits visible light. Therefore, since the imaging unit 20 includes the infrared transmission filter 21 and does not include the heat ray absorption filter, the reflected light in the infrared region can be imaged.
  • the image processing means 30 receives an electrical signal from the image sensor of the imaging unit 20 and generates an image to be displayed on the display unit 40.
  • the image processing means 30 may adjust the brightness or contrast of the image as necessary. Further, the image processing unit 30 may perform processing for enhancing a vein image such as coloring a vein portion in the image.
  • the display unit 40 displays the image processed by the image processing means 30.
  • the display unit 40 is, for example, a liquid crystal panel.
  • the puncture site 901 is irradiated with light containing a wavelength component of 900 to 1500 nm
  • the infrared rays are absorbed by blood in the vein portion, so that the reflectance becomes relatively low.
  • the display unit 40 displays an image in which the vein pattern is darkly displayed on the other part of the puncture site 901 and the vein is visualized.
  • the operator can perform a puncturing operation while looking at the display unit 40 without feeling uncomfortable.
  • the absorption rate of water is higher than the absorption rate of deoxyhemoglobin in the wavelength range longer than 900 nm, and the contrast Higher vein patterns can be obtained.
  • the power supply unit (not shown) may be a commercial power supply or a battery.
  • a polarizing filter is not disposed on the optical path P from the irradiation unit 10 to the imaging unit 20.
  • the optical path P from the irradiation unit 10 to the imaging unit 20 is a path from the light irradiated from the light source 11 of the irradiation unit 10 to the imaging element of the imaging unit 20 reflected by the puncture site 901.
  • the effect of using a polarizing filter is to suppress halation due to regular reflection, but at the same time, the amount of transmitted light is attenuated.
  • the light receiving sensitivity of the CCD or C-MOS imager near the near infrared region (900 to 1000 nm) is relatively low.
  • the image is degraded by noise.
  • the halation is suppressed by adjusting the irradiation angle with respect to the optical axis L2 of the imaging unit 20 of the irradiation unit 10 rather than obtaining a deteriorated image due to noise at the expense of the amount of received light using a polarizing filter, and consequently Priority was given to obtaining clear images with less noise. If a polarizing filter is provided on the optical path P, the light received by the imaging unit 20 becomes weak.
  • the polarizing filter is provided, the aperture of the subject lens cannot be further reduced, and the depth of field tends to be shallow. However, the provision of the polarizing filter can prevent the depth of field from becoming shallow. .
  • the irradiation unit 10 has a light source having an optical axis L1 inclined at an angle A of 15 ° to 60 ° with respect to the optical axis L2 of the imaging unit 20 (hereinafter may be referred to as a first light source). 11 is provided.
  • the angle A formed by each optical axis L1 of the first light source 11 and the optical axis L2 of the imaging unit 20 is more preferably 30 ° or more. Even if the puncture site 901 is a curved surface, halation can be prevented more reliably. More preferably, the angle is 35 ° to 55 °.
  • Each optical axis L1 of the first light source 11 is a straight line extending in the traveling direction of the light emitted from each light source 11, and the light spreads symmetrically with respect to the straight line.
  • FIG. 1 only the optical axis L ⁇ b> 1 of a certain light source 11 is shown as a representative, and the optical axes of the light sources 11 other than the light source 11 are omitted.
  • Each optical axis L1 of the first light source 11 may have an angle A with respect to the optical axis L2 of the imaging unit 20 within a range of 15 ° to 60 °, and may be parallel to each other or directed in different directions. There may be an optical axis.
  • the optical axis L2 of the imaging unit 20 is a straight line that passes through the center of the lens of the imaging unit 20 and is perpendicular to the lens surface.
  • the direction of the optical axis L2 of the imaging unit 20 is preferably the normal direction of the planned placement surface 902 of the puncture site.
  • the planned placement surface 902 is a virtual plane in a space where the puncture site 901 is to be placed, and is a surface parallel to the work surface 903 on which the puncture site 901 is placed during puncture work. That is, when performing the puncturing operation with the puncture site 901 placed on a horizontal plane, the arrangement planned surface 902 is a horizontal plane.
  • the planned placement surface 902 is inclined with respect to the horizontal plane according to the inclination of the surface on which the puncture site 901 is placed.
  • the imaging unit 20 images the puncture site 901 from directly above, so that the operator can easily grasp the sense of distance. If the angle A formed by each optical axis L1 of the first light source 11 and the optical axis L2 of the imaging unit 20 is less than 15 °, halation is likely to occur, and it is difficult to confirm the vein image.
  • each optical axis L1 of the first light source 11 and the optical axis L2 of the imaging unit 20 exceeds 60 °, the illuminance of the light that illuminates the puncture site becomes low, making it difficult to check the vein image. .
  • the number of the first light sources 11 is preferably 2 to 30, and more preferably 5 to 15. If the number of the first light sources 11 is one, the area that can be irradiated is narrow, and the puncture site 901 cannot be illuminated uniformly. In the present embodiment, the puncture site 901 can be illuminated uniformly by providing a plurality of first light sources 11. As a result, a clearer vein image can be obtained.
  • the irradiation unit 10 includes the light from the imaging unit 20 in addition to the first light source 11 having the optical axis L1 inclined at an angle A of 15 ° to 60 ° with respect to the optical axis L2 of the imaging unit 20.
  • a second light source (not shown) having an optical axis inclined at less than 15 ° with respect to the axis L2, and / or a third optical axis inclined at an angle exceeding 60 ° with respect to the optical axis L2 of the imaging unit 20.
  • the light source (not shown) may be included.
  • the ratio of the number of the first light sources to the total number of the first light source 11, the second light source, and the third light source is preferably 80% or more, more preferably 90% or more, and 100%. It is particularly preferred that
  • FIG. 2 is an example of a light emission characteristic diagram of a light source used in the vein visualization apparatus according to the present embodiment.
  • the directivity angle 2 ⁇ 1 / 2 of the light emitted from the first light source 11 is 40 ° or more.
  • the directivity angle 2 ⁇ 1 / 2 is more preferably 90 ° or more, and further preferably 120 ° or more. If the directivity angle 2 ⁇ 1 / 2 is less than 40 °, the puncture site cannot be illuminated uniformly and a clear vein image cannot be obtained. In addition, in order to uniformly illuminate the puncture site, it is necessary to arrange a large number of light sources without gaps, and the apparatus becomes large.
  • the light source 11 is fixed at the center of the circle, the light receiving sensor is moved along the circumference, the illuminance of the emitted light emitted from the light source 11 is measured, and the optical axis L1 of the light source 11 is measured.
  • the upper illuminance is normalized so that the maximum value of illuminance is 1 (100%), and the reduction ratio of the illuminance when ⁇ is inclined from the axis is represented by a graphic.
  • An angle at which the illuminance becomes 0.5 (50%) is referred to as a half-value angle ⁇ 1 / 2, and a full angle including both sides is defined as a directivity angle 2 ⁇ 1 / 2.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating an example of the relationship between the visual field range of the imaging unit and each irradiation region of the light source.
  • the irradiation region 60 is a space irradiated with light emitted from the first light source 11 (shown in FIG. 1).
  • the field-of-view range 70 of the imaging unit is a space that can be photographed when the position of the imaging unit 20 (shown in FIG. 1) is fixed and focused at an arbitrary distance, and the optical axis L2 (FIG. 1) of the imaging unit.
  • the irradiation region 60 and the visual field region 70 illustrate a cross section orthogonal to the optical axis L2 of the imaging unit at the photographing distance when the puncture site is focused.
  • the entire visual field range 70 can be illuminated uniformly as shown in FIG.
  • part is arrange
  • the irradiation region 60 is preferably overlapped when the relative light intensity of the light emitted from each light source 11 is 50 to 100%.
  • the aperture of the lens can be further reduced, and the depth of field can be increased.
  • the irradiation unit 10 (illustrated in FIG. 1) emits pulses, and the imaging timing of the imaging unit 20 is 10 to 30 images / second. It is preferable to further include a control unit (not shown) that synchronizes the light emission timing of the unit 10 and the imaging timing of the imaging unit 20 (shown in FIG. 1). Power consumption can be suppressed by emitting pulses. In addition, by setting the imaging timing of the imaging unit 20 to 10 to 30 images / second, a smooth moving image can be obtained while reducing cost and power consumption.
  • the imaging timing of the imaging unit 20 is more preferably 15 to 25 images / second.
  • the irradiation unit 10 is provided in the first housing 51
  • the display unit 40 is provided in the second housing 52
  • the first housing 51 and The second housing 52 is connected so as to be foldable, and the irradiation unit 10 and the display unit 40 are arranged on surfaces 51 a and 52 a that are outside when the first housing 51 and the second housing 52 are folded, respectively.
  • the direction of the display part 40 can be adjusted to the angle which an operator can see easily, and workability
  • casing 52 so that folding is possible for example, as shown in FIG. 1, the hinge connected with the edge part of the 1st housing
  • the portion 53 is provided.
  • the vein visualization device 1 is preferably a stand type as shown in FIG. Specifically, the vein visualization device 1 includes a first housing 51 provided with the irradiation unit 10, and a second housing 52 provided with the display unit 40 and foldably connected to the first housing 51. It is preferable to include a third casing 54 fixed to the first casing 51 and having the imaging unit 20 provided on the lower surface thereof, and a support portion 55 that supports the third casing 54 so as to be movable in the vertical direction. .
  • the angle formed between each optical axis L1 of the light source 11 and the optical axis L2 of the imaging unit 20 is set to 15 ° to 60 °.
  • the distance between the puncture site 901 and the irradiation unit 10 and the imaging unit 20 can be appropriately set, and the apparatus can be further downsized.
  • the first casing 51 is preferably extended obliquely downward with respect to the third casing 54.
  • the light source 11 of the irradiation unit 10 can be brought closer to the puncture site 901, and light with higher illuminance can be applied to the puncture site 901. As a result, a clearer vein image can be obtained.
  • the third housing 54 may incorporate the image processing means 30.
  • the lower end of the support portion 55 may be fixed to a cradle 56 on which the patient's arm 900 is placed, or a clip (not shown) may be provided to attach the support portion 55 to a work table or the like. Good.
  • FIG. 4 is a schematic front view showing a second example of the vein visualization apparatus according to the present embodiment.
  • the imaging unit 20 is preferably provided in the first housing 151.
  • the vein visualization device 100 of the second example shown in FIG. 4 is different from the vein visualization device 1 of the first example shown in FIG. 1 in that the imaging unit 20 is provided in the first housing 151. Otherwise, the basic configuration is the same as that of the vein visualization apparatus 1 of the first example. 1 and 4 are denoted by the same reference numerals.
  • the vein visualization apparatus 100 shown in FIG. 4 can be further downsized.
  • the vein visualization device 100 is suitable for a handy type because it is easy to work with a hand.
  • the imaging unit 20 is preferably attached to the surface of the first housing 151 to which the irradiation unit 10 is attached.
  • the vein visualization device 1, 100 is a light and simple structure by integrating the irradiation unit 10, the imaging unit 20, and the display unit 40. It can be easily carried around. For this reason, it can be used regardless of time and place, whether indoors or outdoors, even during movement such as in a car or airplane.
  • the vein visualization device 1100 may have a flexible arm (not shown).
  • the flexible arm is provided at one end portion of the arm portion, the first attachment portion that is attached to the vein visualization device 1, 100, and the arm portion 900 of the patient is provided at the other end portion of the arm portion.
  • a second mounting portion that is mounted to the cradle 56 or the work table.
  • the arm portion is a rod-like or tubular portion having a material or a structure that can be freely deformed and maintain the deformed state.
  • the first attachment portion is, for example, a clip or a protrusion that fits into an attachment hole provided in the vein visualization device 1, 100.
  • the first attachment portion may be detachable from the vein visualization device 1, 100, or may be integrated with the vein visualization device 1, 100.
  • the second attachment portion is, for example, a clip or a clamp.
  • the support portion 55 may be replaced with a flexible arm.
  • the first attachment portion of the flexible arm is preferably attached to the first housing 51, the second housing 52, the hinge portion 53, or the third housing 54.
  • the first attachment portion of the flexible arm is preferably attached to the first housing 151, the second housing 152, or the hinge portion 53.
  • the operator can perform a puncture operation without holding the vein visualization device 1, 100 by hand (hand-free) by using a stand type or providing a flexible arm. It can be carried out. For this reason, the puncturing operation is further simplified.
  • a flexible arm is provided, it is suitable for use in a moving vehicle with vibration, particularly in an ambulance in which a large number of emergency medical devices are loaded and work in a limited space is unavoidable.
  • the irradiation unit 10 and the imaging unit 20 can be fixed at appropriate positions with respect to the patient, a clearer vein image can be obtained.
  • Example 1 The vein of the arm part was observed using the vein visualization apparatus 1 shown in FIG.
  • the light source 11 uses 12 LEDs having a directivity angle 2 ⁇ 1 / 2 of 128 ° and a peak wavelength of 940 nm.
  • the plurality of light sources 11 were arranged so that the respective irradiation ranges overlapped on the puncture site.
  • the optical axis 11 is arranged so that an angle A formed by each optical axis L1 of the light source 11 and the optical axis L2 of the imaging unit falls within a range of 15 ° to 60 °.
  • Example 2 The same procedure as in Example 1 was performed except that the light source 11 was changed to an LED having a directivity angle 2 ⁇ 1 / 2 of 44 ° and a peak wavelength of 940 nm.
  • Example 1 The same procedure as in Example 1 was performed except that the light source 11 was changed to an LED having a directivity angle 2 ⁇ 1 / 2 of 20 ° and a peak wavelength of 940 nm.
  • Example 1 was the same as Example 1 except that the arrangement of the optical axis 11 was changed so that the angle A formed by each optical axis L1 of the light source 11 and the optical axis L2 of the imaging unit was in the range of 0 ° to 10 °.
  • Example 1 was the same as Example 1 except that the arrangement of the optical axis 11 was changed so that the angle A formed by each optical axis L1 of the light source 11 and the optical axis L2 of the imaging unit was in the range of 65 ° to 120 °.
  • Irradiation unit 11
  • Light source (first light source) 20
  • Imaging unit 21
  • Infrared transmission filter 30
  • Image processing means 40
  • Surface 53 hinge part 54
  • Third casing 55
  • Supporting part 56
  • Receiving base 60
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Abstract

本開示の目的は、小型、かつ、軽量で、操作性に優れた静脈可視化装置を提供することである。本発明に係る静脈可視化装置（１）は、９００～１５００ｎｍの波長成分を含む光を穿刺部位（９０１）に照射する照射部（１０）と、赤外透過フィルター（２１）を有し、赤外透過フィルター（２１）を透過した光を受光して穿刺部位（９０１）を撮像する撮像部（２０）と、撮像部（２０）の撮像画像から静脈を抽出処理する画像処理手段（３０）と、画像処理手段（３０）が処理した画像を表示する表示部（４０）と、電源部（不図示）とを備える非接触型の静脈可視化装置において、照射部（１０）は、撮像部（２０）の光軸（Ｌ２）に対して１５°～６０°の角度（Ａ）で傾斜した光軸（Ｌ１）を有する光源（１１）を複数個有し、光源（１１）から照射される光の指向角（２θ１／２）は、４０°以上である。

Description

静脈可視化装置
　本開示は、非接触近赤外線方式の静脈可視化装置に関する。
　従来、医療分野では、医療従事者が患者の腕などに注射針又は点滴針などの針を挿入する時、穿刺する対象の静脈を目視で確認している。しかし、患者によっては静脈の位置を確認することが困難な場合があり、医療従事者の熟練度が要求されてきた。そこで、穿刺部位に近赤外線を照射し、反射した近赤外線を赤外線カメラで撮影し、装置の表示部又は患者の穿刺部位に静脈部分を表示する装置が提案されている（例えば、特許文献１～５を参照。）。
特開２０１３－２２０９８号公報 特開２０１１－１６０８９１号公報 特開２０１１－２１２３８６号公報 特開２００６－１０２３６０号公報 特開２００４－２６７５３５号公報
　特許文献１又は２のように、装置の表示部がヘッドマウントディスプレイ又はメガネ型ディスプレイなどのウェラブルコンピュータである場合、医療従事者が穿刺作業の度に着用する必要があり、使い勝手が悪かった。また、ウェラブルコンピュータは高額である場合が多い。特許文献３又は４のように、患者の穿刺部位に静脈画像を投影する技術では、高度な画像処理が必要となり、装置が高額である場合が多い。また、特許文献５のように、カメラの光軸と光源の光軸とを平行に配置すると、ハレーションが起こり、静脈画像の確認が困難となる場合がある。
　本開示の目的は、小型、かつ、軽量で、操作性に優れた静脈可視化装置を提供することである。
　本発明に係る静脈可視化装置は、９００～１５００ｎｍの波長成分を含む光を穿刺部位に照射する照射部と、赤外透過フィルターを有し、該赤外透過フィルターを透過した光を受光して前記穿刺部位を撮像する撮像部と、該撮像部の撮像画像から静脈を抽出処理する画像処理手段と、該画像処理手段が処理した画像を表示する表示部と、電源部とを備える非接触型の静脈可視化装置において、前記照射部は、前記撮像部の光軸に対して１５°～６０°の角度で傾斜した光軸を有する光源を複数個有し、前記光源から照射される光の指向角２θ１／２は、４０°以上であることを特徴とする。
　本発明に係る静脈可視化装置では、前記照射部から前記撮像部までの光路上に、偏光フィルターが配置されていないことが好ましい。偏光フィルターを設けると撮像部が受光する光が弱くなるため、ＩＳＯ感度を上げる必要があり、画像の鮮明さが悪くなる傾向にあるところ、偏光フィルターを設けないことで、よりきめ細やかな画像を得ることができる。また、偏光フィルターを設けると被写体レンズの絞りをより絞ることができず、被写界深度が浅くなりやすいところ、偏光フィルターを設けないことで被写界深度が浅くなることを防止することができる。
　本発明に係る静脈可視化装置では、前記光源の各照射領域の一部又は全体が、前記撮像部の視野範囲内で重畳することが好ましい。穿刺部位をより均一に照明することができ、その結果、穿刺部位の静脈をより確実に撮像することができる。
　本発明に係る静脈可視化装置では、前記照射部は、パルス発光し、前記撮像部の撮像タイミングは、１０～３０画／秒であり、前記照射部の発光タイミングと前記撮像部の撮像タイミングとを同期させる制御部を更に備えることが好ましい。消費電力を抑えることができる。
　本発明に係る静脈可視化装置では、前記照射部が第１筐体に設けられ、前記表示部が第２筐体に設けられ、前記第１筐体と前記第２筐体とは、折り畳み可能に連結され、前記照射部と前記表示部とは、前記第１筐体と前記第２筐体とを折り畳んだ時に外側になる面にそれぞれ配置されることが好ましい。表示部の向きを作業者が見やすい角度に調整することができ、作業性が向上する。また、より小型化することができる。
　本発明に係る静脈可視化装置では、前記撮像部が、前記第１筐体に設けられていることが好ましい。更なる小型化が可能となり、ハンディタイプに好適である。
　本発明に係る静脈可視化装置では、前記撮像部が、前記第１筐体に固定された第３筐体に設けられていることが好ましい。照射部と撮像部とを相互に別個の筐体に設けることで、穿刺部位と照射部及び撮像部との距離を適度にとることができる。
　本発明に係る静脈可視化装置では、前記第３筐体を上下方向に移動可能に支持する支持部を更に有することが好ましい。静脈可視化装置がスタンド式となり、作業者が静脈可視化装置を手で保持することなく穿刺作業を行うことができる。このため、穿刺作業がより簡便化される。
　本発明に係る静脈可視化装置では、フレキシブルアームを更に有することが好ましい。作業者が静脈可視化装置を手で保持することなく、振動を伴う移動中の車両内、特に救急医療機器などを数多く積載し限られた空間内での作業を余儀なくされる救急車内で、穿刺作業を安全且つ確実に行うことができる。このため、穿刺作業がより簡便化される。
　本開示は、小型、かつ、軽量で、操作性に優れた静脈可視化装置を提供することができる。
本実施形態に係る静脈可視化装置の第一例を示す概略正面図である。 本実施形態に係る静脈可視化装置で用いられる光源の発光特性図の一例である。 撮像部の視野範囲と光源の各照射領域との関係の一例を示す模式図である。 本実施形態に係る静脈可視化装置の第二例を示す概略正面図である。
　次に、本発明について実施形態を示して詳細に説明するが本発明はこれらの記載に限定して解釈されない。本発明の効果を奏する限り、実施形態は種々の変形をしてもよい。
　図１は、本実施形態に係る静脈可視化装置の第一例を示す概略正面図である。本実施形態に係る静脈可視化装置１は、９００～１５００ｎｍの波長成分を含む光を穿刺部位９０１に照射する照射部１０と、赤外透過フィルター２１を有し、赤外透過フィルター２１を透過した光を受光して穿刺部位９０１を撮像する撮像部２０と、撮像部２０の撮像画像から静脈を抽出処理する画像処理手段３０と、画像処理手段３０が処理した画像を表示する表示部４０と、電源部（不図示）とを備える非接触型の静脈可視化装置において、照射部１０は、撮像部２０の光軸Ｌ２に対して１５°～６０°の角度Ａで傾斜した光軸Ｌ１を有する光源１１を複数個有し、光源１１から照射される光の指向角２θ１／２は、４０°以上である。
　照射部１０は、光源１１から９００～１５００ｎｍの波長成分を含む光を穿刺部位９０１へ向けて照射する。光源１１は、例えば赤外線ＬＥＤである。光源１１のピーク波長は、８５０ｎｍ又は９４０ｎｍであることが好ましく、９４０ｎｍであることがより好ましい。照射部１０は、少なくとも９００～１５００ｎｍの波長成分を含む光を照射すればよく、９００～１５００ｎｍの波長成分に加えて、９００ｎｍ未満の波長成分及び／又は１５００ｎｍを超える波長成分を含む光を照射してもよい。また、照射部１０は、必要に応じて可視光光源（不図示）を有していてもよい。可視光光源は、３８０～７８０ｎｍの波長成分を含む光を照射する光源である。
　穿刺部位９０１は、例えば患者の腕部９００の一部である。
　撮像部２０は、レンズと撮像素子とを有する。レンズは、穿刺部位９０１からの反射光を集光し、撮像素子の受光面に結像する。撮像素子は、レンズによって結像した像の光の明暗を電気信号に変換する。撮像素子は、例えば、ＣＣＤイメージセンサ又はＣＭＯＳイメージセンサである。
　撮像部２０は、赤外透過フィルター２１を有し、熱線吸収フィルターを有さない。赤外透過フィルター２１は、可視光を吸収し、赤外線を透過するフィルターである。熱線吸収フィルターは、赤外線を吸収し、可視光を透過するフィルターである。したがって、撮像部２０が、赤外透過フィルター２１を有し、熱線吸収フィルターを有さないことで、赤外線域の反射光を撮像することができる。
　画像処理手段３０は、撮像部２０の撮像素子から電気信号を入力し、表示部４０に表示するための画像を生成する。画像処理手段３０は、必要に応じて画像の明るさ又はコントラストなどを調整してもよい。また、画像処理手段３０は、画像中の静脈部分に色づけするなどの静脈画像を強調するための処理を行ってもよい。
　表示部４０は、画像処理手段３０が処理した画像を表示する。表示部４０は、例えば、液晶パネルである。穿刺部位９０１に９００～１５００ｎｍの波長成分を含む光が照射されると、静脈部分では赤外線が血液に吸収されるため反射率が相対的に低くなる。一方、静脈以外の組織では赤外線が血液に吸収されずに反射するため、反射率が相対的に高くなる。したがって、表示部４０には、静脈パターンが穿刺部位９０１の他の部分に対して暗く映し出され、静脈が可視化された画像が表示される。さらに、表示部４０には、注射針又は点滴針などの針も映し出されるため、作業者は表示部４０を見ながら違和感無く穿刺作業を行うことができる。本発明では、９００～１５００ｎｍの波長成分を含む光を用いることで、波長が９００ｎｍよりも長波長域において脱酸化ヘモグロビンの吸収率よりも水分の吸収率の方が多くなることを利用し、コントラストのより高い静脈パターンを得ることができる。
　電源部（不図示）は、商用電源であるか、又は電池であってもよい。
　本実施形態に係る静脈可視化装置１では、照射部１０から撮像部２０までの光路Ｐ上に、偏光フィルターが配置されていないことが好ましい。照射部１０から撮像部２０までの光路Ｐは、照射部１０の光源１１から照射された光が穿刺部位９０１で反射して撮像部２０の撮像素子に至るまでの経路である。一般に、偏光フィルターを用いる効果は正反射によるハレーションを抑えることにあるが、同時に透過光量は減衰する。安価な市販されている撮像素子を使ったシステムを構築すると、近赤外領域（９００～１０００ｎｍ）付近でのＣＣＤないしＣ－ＭＯＳイメージャの受光感度は相対的に低いため、偏光フィルターによって透過光量が減衰すると、ノイズによって画像が劣化する。本実施形態では、偏光フィルターを用いて受光量を犠牲にしたノイズによる劣化画像を得るよりも照射部１０の撮像部２０の光軸Ｌ２に対する照射角を調節することでハレーションを抑え、結果的にノイズ成分の少ない鮮明な画像を得ることを優先した。光路Ｐ上に偏光フィルターを設けると撮像部２０が受光する光が弱くなるため、ＩＳＯ感度を上げる必要があり、画像の鮮明さが悪くなる傾向にあるところ、偏光フィルターを設けないことで、よりきめ細やかな画像を得ることができる。また、偏光フィルターを設けると被写体レンズの絞りをより絞ることができず、被写界深度が浅くなりやすいところ、偏光フィルターを設けないことで被写界深度が浅くなることを防止することができる。
　本実施形態では、照射部１０が、撮像部２０の光軸Ｌ２に対して１５°～６０°の角度Ａで傾斜した光軸Ｌ１を有する光源（以降、第一の光源ということもある。）１１を複数個有する。第一の光源１１の各光軸Ｌ１と撮像部２０の光軸Ｌ２とのなす角度Ａは、３０°以上とすることがより好ましい。穿刺部位９０１が曲面であってもより確実にハレーションを防止できる。更に好ましくは３５°～５５°である。第一の光源１１の各光軸Ｌ１は、各光源１１から照射される光の進行方向に伸びる直線をいい、この直線に対して光が対称に広がっている。図１では、ある一つの光源１１の光軸Ｌ１だけを代表して図示し、当該光源１１以外の光源１１については光軸の図示を省略した。第一の光源１１の各光軸Ｌ１は、撮像部２０の光軸Ｌ２に対する角度Ａが１５°～６０°の範囲内であればよく、相互に平行であるか、又は相互に異なる方向を向いた光軸があってもよい。撮像部２０の光軸Ｌ２は、撮像部２０のレンズの中心を通り、レンズの面に垂直な直線である。撮像部２０の光軸Ｌ２の方向は、穿刺部位の配置予定面９０２の法線方向であることが好ましい。配置予定面９０２は、穿刺部位９０１を配置する予定の空間に仮想した平面であり、穿刺作業時に穿刺部位９０１を載置する作業面９０３に平行な面である。すなわち、穿刺部位９０１を水平面に載置して穿刺作業を行う場合は、配置予定面９０２は水平面である。また、穿刺部位９０１を水平面に対して傾斜した面に載置して穿刺作業を行う場合は、配置予定面９０２は穿刺部位９０１を載置する面の傾きに応じて水平面に対して傾斜させた面である。撮像部２０が穿刺部位９０１を真上から撮像することとなり、作業者が距離感を把握しやすい。第一の光源１１の各光軸Ｌ１と撮像部２０の光軸Ｌ２とのなす角度Ａが１５°未満では、ハレーションが起こりやすく、静脈画像の確認が困難となる。第一の光源１１の各光軸Ｌ１と撮像部２０の光軸Ｌ２とのなす角度Ａが６０°を超えると、穿刺部位を照明する光の照度が低くなり、静脈画像の確認が困難となる。
　本実施形態では、第一の光源１１の数は、２～３０個であることが好ましく、５～１５個であることがより好ましい。第一の光源１１の数が１個では、照射できる領域が狭く、穿刺部位９０１を均一に照明することができない。本実施形態では、第一の光源１１の数を複数個とすることで、穿刺部位９０１を均一に照明することができる。その結果、より鮮明な静脈画像を得ることができる。
　本実施形態では、照射部１０は、撮像部２０の光軸Ｌ２に対して１５°～６０°の角度Ａで傾斜した光軸Ｌ１を有する第一の光源１１に加えて、撮像部２０の光軸Ｌ２に対して１５°未満で傾斜した光軸を有する第二の光源（不図示）及び／又は撮像部２０の光軸Ｌ２に対して６０°を超える角度で傾斜した光軸を有する第三の光源（不図示）を有していてもよい。第一の光源１１、第二の光源及び第三の光源の合計個数に対する第一の光源の個数の割合は、８０％以上であることが好ましく、９０％以上であることがより好ましく、１００％であることが特に好ましい。
　図２は、本実施形態に係る静脈可視化装置で用いられる光源の発光特性図の一例である。第一の光源１１から照射される光の指向角２θ１／２は、４０°以上である。指向角２θ１／２は、９０°以上であることがより好ましく、１２０°以上であることが更に好ましい。指向角２θ１／２が４０°未満では、穿刺部位を均一に照明することができず、鮮明な静脈画像を得ることができない。また、穿刺部位を均一に照明するためには、非常に多数の光源を隙間なく配置する必要があり、装置が大型化してしまう。指向角２θ１／２の測定方法は、光源１１を円の中心に固定し、受光センサを円周上に沿って移動させ、光源１１から出る放射光の照度を測定し、光源１１の光軸Ｌ１上の照度を規格化して照度の最大値を１（１００％）とし、軸上からθ傾いたときの照度の減少割合を図形で表現する。そして、照度が０．５（５０％）になる角度を半値角θ１／２と称し、両側を合わせた全角を指向角２θ１／２とする。
　図３は、撮像部の視野範囲と光源の各照射領域との関係の一例を示す模式図である。本実施形態に係る静脈可視化装置では、光源の各照射領域６０の一部又は全体が、撮像部の視野範囲７０内で重畳することが好ましい。照射領域６０は、第一の光源１１（図１に図示）から照射される光によって照射される空間である。撮像部の視野範囲７０は、撮像部２０（図１に図示）の位置を固定して任意の距離に焦点を合わせたとき、撮影可能となる空間であり、撮像部の光軸Ｌ２（図１に図示）を中心軸とした四角錘形状を有する。図３では、照射領域６０及び視野領域７０は、穿刺部位に焦点を合わせたときの撮影距離における撮像部の光軸Ｌ２に直交する断面を図示している。照射領域６０が視野範囲７０内で重畳することで、図３に示すように、視野範囲７０の全体を均一に照明することができる。そして、この視野範囲７０に穿刺部位を配置すると、穿刺部位が均一に照明される。その結果、穿刺部位の全体にわたって静脈をより確実に撮像することができる。照射領域６０は、各光源１１から照射される光の相対光度が５０～１００％となるところで重畳することが好ましい。レンズの絞りをより絞ることができ、被写界深度を深くすることができる。
　本実施形態に係る静脈可視化装置１（図１に図示）では、照射部１０（図１に図示）は、パルス発光し、撮像部２０の撮像タイミングは、１０～３０画／秒であり、照射部１０の発光タイミングと撮像部２０（図１に図示）の撮像タイミングとを同期させる制御部（不図示）を更に備えることが好ましい。パルス発光することで消費電力を抑えることができる。また、撮像部２０の撮像タイミングを１０～３０画／秒とすることで、コスト及び消費電力を低減しながらスムーズな動画を得ることができる。撮像部２０の撮像タイミングは、１５～２５画／秒であることがより好ましい。
　本実施形態に係る静脈可視化装置１では、図１に示すように、照射部１０が第１筐体５１に設けられ、表示部４０が第２筐体５２に設けられ、第１筐体５１と第２筐体５２とは、折り畳み可能に連結され、照射部１０と表示部４０とは、第１筐体５１と第２筐体５２とを折り畳んだ時に外側になる面５１ａ，５２ａにそれぞれ配置されることが好ましい。図１の点線で示す表示部４０のように、表示部４０の向きを作業者が見やすい角度に調整することができ、作業性が向上する。また、装置をより小型化することができる。第１筐体５１と第２筐体５２とを折り畳み可能に連結する形態は、例えば、図１に示すように第１筐体５１の端部と第２筐体５２の端部と連結するヒンジ部５３を設ける形態である。
　静脈可視化装置１は、図１に示すように、スタンド式であることが好ましい。具体的には、静脈可視化装置１は、照射部１０が設けられた第１筐体５１と、表示部４０が設けられ、第１筐体５１に折り畳み可能に連結された第２筐体５２と、第１筐体５１に固定され、下面に撮像部２０が設けられた第３筐体５４と、第３筐体５４を上下方向に移動可能に支持する支持部５５と、を有することが好ましい。照射部１０と撮像部２０とを相互に別個の筐体５１，５４に設けることで、光源１１の各光軸Ｌ１と撮像部２０の光軸Ｌ２とのなす角度を１５°～６０°としながら、穿刺部位９０１と照射部１０及び撮像部２０との距離を適度にとることができ、かつ、装置をより小型化することができる。
　第１筐体５１は、第３筐体５４に対して斜め下方向に延設されることが好ましい。照射部１０の光源１１を穿刺部位９０１により近づけることができ、照度のより高い光を穿刺部位９０１に照射することができる。その結果、より鮮明な静脈画像を得ることができる。
　第３筐体５４は、画像処理手段３０を内蔵していてもよい。
　支持部５５の下端は、図１に示すように患者の腕部９００を載置する受台５６に固定するか、又はクリップ（不図示）を設けて、作業台などに取り付け可能な構造としてもよい。
　図４は、本実施形態に係る静脈可視化装置の第二例を示す概略正面図である。本実施形態に係る静脈可視化装置１００では、撮像部２０が、第１筐体１５１に設けられていることが好ましい。図４に示す第二例の静脈可視化装置１００は、撮像部２０が第１筐体１５１に設けられている点が図１に示す第一例の静脈可視化装置１と相違しており、この構成以外は基本的な構成を第一例の静脈可視化装置１と同じくする。図１及び図４において共通する構成には同じ符号を付した。図４に示す静脈可視化装置１００は、更なる小型化が可能となる。また、静脈可視化装置１００は手で持って作業しやすいため、ハンディタイプに好適である。撮像部２０は、第１筐体１５１のうち照射部１０が取り付けられた面に取り付けられることが好ましい。
　本実施形態に係る静脈可視化装置１，１００は、図１及び図４に示すように、照射部１０と撮像部２０と表示部４０とを一体化した装置とすることによって、軽量で簡易な構造を有することとなり、簡便に持ち運ぶことができる。このため、屋内屋外を問わず、車内又は飛行機内などのような移動中であっても、時及び場所を選ばずに使用することができる。
　本実施形態に係る静脈可視化装置１，１００は、フレキシブルアーム（不図示）を有していてもよい。フレキシブルアームは、アーム部と、アーム部の一端部に設けられて静脈可視化装置１，１００へ取り付けられる第１取付部と、アーム部の他端部に設けられて患者の腕部９００を載置する受台５６又は作業台などへ取り付けられる第２取付部と、を有する。アーム部は、自在に変形し、かつ、変形状態を保持できる材料又は構造を有する棒状又は管状の部分である。第１取付部は、例えば、クリップ、又は静脈可視化装置１，１００に設けられた取付穴に嵌合する突起である。第１取付部は、静脈可視化装置１，１００に対して着脱自在であるか、又は静脈可視化装置１，１００と一体化されていてもよい。第２取付部は、例えば、クリップ又はクランプである。例えば、図１に示す第一例の静脈可視化装置１において、支持部５５をフレキシブルアームに代えてもよい。このとき、フレキシブルアームの第１取付部は、第１筐体５１、第２筐体５２、ヒンジ部５３又は第３筐体５４に取り付けられることが好ましい。また、図４に示す第二例の静脈可視化装置１００では、フレキシブルアームの第１取付部は、第１筐体１５１、第２筐体１５２又はヒンジ部５３に取り付けられることが好ましい。
　本実施形態に係る静脈可視化装置１，１００では、スタンド式としたりフレキシブルアームを設けたりすることによって、作業者が静脈可視化装置１，１００を手で保持することなく（ハンドフリーで）穿刺作業を行うことができる。このため、穿刺作業がより簡便化される。特にフレキシブルアームを設けると、振動を伴う移動中の車両内、特に救急医療機器などを数多く積載し限られた空間内での作業を余儀なくされる救急車内での使用に好適となる。さらに、照射部１０及び撮像部２０を患者に対して適切な位置で固定することができるので、より鮮明な静脈画像を得ることができる。
　次に、本発明の実施例を挙げて説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。
（実施例１）
　図１に示す静脈可視化装置１を用いて、腕部の静脈を観察した。静脈可視化装置１において、光源１１は、指向角２θ１／２が１２８°、ピーク波長９４０ｎｍのＬＥＤを１２個用いた。複数個の光源１１は、各照射範囲が穿刺部位上で重畳するように配置した。光源１１の各光軸Ｌ１と撮像部の光軸Ｌ２とのなす角度Ａが１５°～６０°の範囲に入るように光軸１１を配置した。
（実施例２）
　光源１１を指向角２θ１／２が４４°、ピーク波長９４０ｎｍのＬＥＤに変更した以外は、実施例１と同様とした。
（比較例１）
　光源１１を指向角２θ１／２が２０°、ピーク波長９４０ｎｍのＬＥＤに変更した以外は、実施例１と同様とした。
（比較例２）
　光源１１の各光軸Ｌ１と撮像部の光軸Ｌ２とのなす角度Ａが０°～１０°の範囲に入るように光軸１１の配置を変更した以外は、実施例１と同様とした。
（比較例３）
　光源１１の各光軸Ｌ１と撮像部の光軸Ｌ２とのなす角度Ａが６５°～１２０°の範囲に入るように光軸１１の配置を変更した以外は、実施例１と同様とした。
　実施例１，２は、いずれも光源１１から穿刺部位（腕部）に光を照射すると、表示部４０に、静脈パターンが穿刺部位９０１の他の部分に対して暗く映し出され、鮮明な静脈画像が表示された。一方、比較例１は、光源１１を指向角２θ１／２が小さすぎたため、穿刺部位を均一に照射することができず、静脈画像が不鮮明となった。比較例２は、光源１１の各光軸Ｌ１と撮像部の光軸Ｌ２とのなす角度Ａが小さすぎたため、ハレーションが起こり、静脈画像を確認することができなかった。比較例３は、光源１１の各光軸Ｌ１と撮像部の光軸Ｌ２とのなす角度Ａが大きすぎたため、穿刺部位を照明する光の照度が低くなり、静脈画像が不鮮明となった。
１，１００　静脈可視化装置
１０　照射部
１１　光源（第一の光源）
２０　撮像部
２１　赤外透過フィルター
３０　画像処理手段
４０　表示部
５１，１５１　第１筐体
５２　第２筐体
５１ａ，５２ａ　外側になる面
５３　ヒンジ部
５４　第３筐体
５５　支持部
５６　受台
６０　照射領域
７０　視野範囲
９００　腕部
９０１　穿刺部位
９０２　配置予定面
９０３　作業面
Ｌ１　光源の光軸
Ｌ２　撮像部の光軸
Ｐ　照射部から撮像部までの光路

Claims (9)

  1. 　９００～１５００ｎｍの波長成分を含む光を穿刺部位に照射する照射部と、
    　赤外透過フィルターを有し、該赤外透過フィルターを透過した光を受光して前記穿刺部位を撮像する撮像部と、
    　該撮像部の撮像画像から静脈を抽出処理する画像処理手段と、
    　該画像処理手段が処理した画像を表示する表示部と、
    　電源部とを備える非接触型の静脈可視化装置において、
    　前記照射部は、前記撮像部の光軸に対して１５°～６０°の角度で傾斜した光軸を有する光源を複数個有し、
    　前記光源から照射される光の指向角２θ１／２は、４０°以上であることを特徴とする静脈可視化装置。
  2. 　前記照射部から前記撮像部までの光路上に、偏光フィルターが配置されていないことを特徴とする請求項１に記載の静脈可視化装置。
  3. 　前記光源の各照射領域の一部又は全体が、前記撮像部の視野範囲内で重畳することを特徴とする請求項１又は２に記載の静脈可視化装置。
  4. 　前記照射部は、パルス発光し、
    　前記撮像部の撮像タイミングは、１０～３０画／秒であり、
    　前記照射部の発光タイミングと前記撮像部の撮像タイミングとを同期させる制御部を更に備えることを特徴とする請求項１～３のいずれか一つに記載の静脈可視化装置。
  5. 　前記照射部が第１筐体に設けられ、
    　前記表示部が第２筐体に設けられ、
    　前記第１筐体と前記第２筐体とは、折り畳み可能に連結され、
    　前記照射部と前記表示部とは、前記第１筐体と前記第２筐体とを折り畳んだ時に外側になる面にそれぞれ配置されることを特徴とする請求項１～４のいずれか一つに記載の静脈可視化装置。
  6. 　前記撮像部が、前記第１筐体に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の静脈可視化装置。
  7. 　前記撮像部が、前記第１筐体に固定された第３筐体に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の静脈可視化装置。
  8. 　前記第３筐体を上下方向に移動可能に支持する支持部を更に有することを特徴とする請求項７に記載の静脈可視化装置。
  9. 　フレキシブルアームを更に有することを特徴とする請求項５～７のいずれか一つに記載の静脈可視化装置。
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