JP2014000246A - Blood vessel visualization device and blood vessel visualization method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、生体の血管を画像化することにより、静脈と動脈の識別を容易に実現でき、さらには、動脈の血流状態を監視できる血管可視化装置および血管可視化方法に関するものである。 The present invention relates to a blood vessel visualization device and a blood vessel visualization method that can easily realize the discrimination between a vein and an artery by imaging a blood vessel of a living body, and can monitor the blood flow state of the artery.
人に対して、静脈注射や点滴を行うためには、まず、注射針やカテーテルを穿刺する静脈の正確な位置を確認する必要がある。また、腎臓で血液を浄化することができない腎不全の病人に対して、自宅で血液透析を行う際に、病人自身または介護者などが針を腕の血管に刺す処置を行うためにも、血管の正確な位置を確認する必要がある。 In order to perform intravenous injection or drip on a person, it is necessary to first confirm the exact position of the vein for puncturing the injection needle or catheter. For patients with renal insufficiency who cannot purify blood with the kidneys, when performing hemodialysis at home, the patient himself or his / her caregiver performs a procedure to pierce the blood vessels of the arms with blood vessels. It is necessary to confirm the exact position of the.
さらに、血液透析を繰り返していると、動脈が徐々に詰まり、最終的には動脈閉塞を発症する可能性が高いため、動脈の血流状態を把握し、管理する必要がある。 Furthermore, if hemodialysis is repeated, the artery is gradually clogged, and eventually there is a high possibility that the artery will become occluded. Therefore, it is necessary to grasp and manage the blood flow state of the artery.
これらの要求を満たすために、従来では、近赤外線を可視化させたい部位に照射し、近赤外線用のCCDカメラ等を用いて、反射光を撮影することにより、皮膚から3〜7mmの深さの静脈を画像化し、可視化するための装置がある(例えば、特許文献1参照)。 In order to satisfy these requirements, conventionally, the near infrared ray is irradiated to a site to be visualized, and the reflected light is photographed using a near infrared CCD camera or the like, so that the depth of 3 to 7 mm from the skin. There is an apparatus for imaging and visualizing veins (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、従来技術には以下のような課題がある。
特許文献1に示されたような従来装置では、生体表面に近い血管を可視化することは可能であるが、深層部の血管を可視化することは非常に困難であった。
However, the prior art has the following problems.
With the conventional device as shown in Patent Document 1, it is possible to visualize blood vessels close to the surface of a living body, but it is very difficult to visualize deep blood vessels.
また、このような従来装置は、生体表面からの反射光の強さを検出することにより可視化する。このため、太い血管であっても、それが深層部にあれば、生体組織の影響を受けて反射光が弱まるため、黒く細く見えてしまう。この結果、可視化表示されている血管の太さと実際の血管の太さとは合致せず、さらに、撮影画像の明暗で静脈と動脈とを識別することが困難であった。 Further, such a conventional device is visualized by detecting the intensity of reflected light from the surface of the living body. For this reason, even if it is a thick blood vessel, if it is in the deep layer portion, the reflected light is weakened due to the influence of the living tissue, so that it appears black and thin. As a result, the thickness of the blood vessel visualized and displayed does not match the actual thickness of the blood vessel, and furthermore, it is difficult to discriminate between the vein and the artery based on the contrast of the captured image.
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、血管部の静脈と動脈との正確な識別を行うことのできる血管可視化装置および血管可視化方法を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a blood vessel visualization device and a blood vessel visualization method capable of accurately identifying a vein and an artery of a blood vessel part. .
本発明における血管可視化装置は、生体に近赤外光を照射する第一の光源と、生体に近赤外光が照射されることで生体から反射もしくは透過した近赤外光、および生体に可視光が照射されることで生体から反射もしくは透過した可視光を撮像するカメラと、カメラが撮像した近赤外光に基づいて生体の近赤外画像データを生成する近赤外画像データ生成部と、カメラが撮像した可視光に基づいて生体の可視画像データを生成する可視画像データ生成部と、血管の脈動周期の期間において近赤外画像データ生成部が生成した複数の近赤外画像データを構成する各画素に対して、輝度平均値、輝度最高値、および輝度最低値を算出し、各画素に対して算出した輝度平均値の度数分布に基づいて、血管判別を行うための閾値を特定し、輝度平均値が閾値以下の画素を血管部として抽出し、血管の脈動周期の期間において算出した輝度最高値と輝度最低値との差分値を血管部として抽出した各画素に対して算出し、算出した差分値とあらかじめ規定する所定値との比較に基づいて、差分値が所定値未満である血管部の画素を静脈部として識別可能とする静脈部画像データを生成するとともに、差分値が所定値以上である血管部の画素を動脈部として識別可能とする動脈部画像データを生成する近赤外画像解析・処理部と、近赤外画像解析・処理部が生成した静脈部画像データおよび動脈部画像データと、可視画像データ生成部が生成した可視画像データとを合成することにより、生体、静脈部、および動脈部を識別可能な合成画像データを生成する画像データ合成処理部と、画像データ合成処理部が生成した合成画像データを表示する画像データ表示部とを備えるものである。 The blood vessel visualization device according to the present invention includes a first light source that irradiates a living body with near-infrared light, near-infrared light reflected or transmitted from the living body by irradiating the living body with near-infrared light, and visible to the living body. A camera that captures visible light reflected or transmitted from a living body by being irradiated with light, and a near-infrared image data generation unit that generates near-infrared image data of the living body based on near-infrared light captured by the camera; A visible image data generation unit that generates visible image data of a living body based on visible light captured by the camera, and a plurality of near infrared image data generated by the near infrared image data generation unit during a pulsation period of a blood vessel. Calculates the average brightness value, maximum brightness value, and minimum brightness value for each pixel, and specifies the threshold for blood vessel discrimination based on the frequency distribution of the average brightness value calculated for each pixel. And the average brightness is The pixel below the value is extracted as a blood vessel part, and the difference value between the highest luminance value and the lowest luminance value calculated in the period of the blood vessel pulsation period is calculated for each pixel extracted as the blood vessel part, and the calculated difference value Based on a comparison with a predetermined value that is defined in advance, vein image data is generated that makes it possible to identify a blood vessel pixel whose difference value is less than the predetermined value as a vein portion, and a blood vessel whose difference value is greater than or equal to the predetermined value A near-infrared image analysis / processing unit that generates arterial image data that enables identification of a part of pixels as an arterial part, and a venous image data and an arterial image data generated by the near-infrared image analysis / processing unit, An image data composition processing unit that generates composite image data that can identify a living body, a vein part, and an arterial part by synthesizing the visible image data generated by the visible image data generation unit, and image data composition Those comprising an image data display unit for displaying the synthesized image data processing section is generated.
また、本発明における血管可視化方法は、カメラによる撮像信号を処理することで生体内の静脈部および動脈部を識別表示するために血管可視化装置で実行される血管可視化方法であって、生体に近赤外光が照射されることで生体から反射もしくは透過した近赤外光信号、および生体に可視光が照射されることで生体から反射もしくは透過した可視光信号をカメラにより撮像信号として撮像する撮像ステップと、撮像ステップで撮像した近赤外光信号に基づいて生体の近赤外画像データを生成する近赤外画像データ生成ステップと、撮像ステップで撮像した可視光信号に基づいて生体の可視画像データを生成する可視画像データ生成ステップと、血管の脈動周期の期間において近赤外画像データ生成ステップで生成した複数の近赤外画像データを構成する各画素に対して、輝度平均値、輝度最高値、および輝度最低値を算出する算出ステップと、算出ステップにより各画素に対して算出された輝度平均値の度数分布に基づいて、血管判別を行うための閾値を特定し、輝度平均値が閾値以下の画素を血管部として抽出する血管部抽出ステップと、血管の脈動周期の期間において算出ステップにより算出された輝度最高値と輝度最低値との差分値を、血管部として抽出した各画素に対して算出し、算出した差分値とあらかじめ規定する所定値との比較に基づいて、差分値が所定値未満である血管部の画素を静脈部として識別可能とする静脈部画像データを生成するとともに、差分値が所定値以上である血管部の画素を動脈部として識別可能とする動脈部画像データを生成する動脈部・静脈部識別ステップと、動脈部・静脈部識別ステップで生成された静脈部画像データおよび動脈部画像データと、可視画像データ生成ステップで生成された可視画像データとを合成することにより、生体、静脈部、および動脈部を識別可能な合成画像データを生成する画像データ合成処理ステップと、画像データ合成処理ステップで生成された合成画像データを表示する画像データ表示ステップとを備えるものである。 A blood vessel visualization method according to the present invention is a blood vessel visualization method executed by a blood vessel visualization device to identify and display a vein part and an arterial part in a living body by processing an imaging signal from a camera, and is close to the living body. Imaging that captures a near-infrared light signal reflected or transmitted from a living body by being irradiated with infrared light and a visible light signal reflected or transmitted from the living body by being irradiated with visible light as an imaging signal by the camera. A near-infrared image data generation step for generating near-infrared image data of the living body based on the near-infrared light signal imaged in the imaging step, and a visible image of the living body based on the visible light signal imaged in the imaging step A plurality of near-infrared image data generated in the near-infrared image data generation step during the period of the pulsation cycle of the blood vessel, A calculation step of calculating a luminance average value, a luminance maximum value, and a luminance minimum value for each of the pixels constituting the pixel, and a blood vessel based on the frequency distribution of the luminance average value calculated for each pixel by the calculation step A blood vessel part extraction step that identifies a threshold value for discrimination and extracts pixels whose average luminance value is less than or equal to the threshold value as a blood vessel part, and the highest luminance value and the lowest luminance value calculated by the calculation step during the pulsation period of the blood vessel Is calculated for each pixel extracted as a blood vessel part, and based on a comparison between the calculated difference value and a predetermined value defined in advance, pixels of the blood vessel part whose difference value is less than the predetermined value are Generating vein part image data that can be identified as a part, and generating arterial part image data that can identify a blood vessel part pixel having a difference value equal to or greater than a predetermined value as an arterial part By combining the venous part image data and the arterial part image data generated in the part identifying step, the arterial part / vein part identifying step, and the visible image data generated in the visible image data generating step, And an image data composition processing step for generating composite image data capable of identifying the arterial portion, and an image data display step for displaying the composite image data generated in the image data composition processing step.
本発明における血管可視化装置および血管可視化方法によれば、近赤外画像データから抽出した血管画素について、各画素の輝度最高値と輝度最低値との差分値と所定値との大小関係に応じて、動脈部の画素と静脈部の画素とに区分けして画像表示することにより、血管部の静脈と動脈との正確な識別を行うことのできる血管可視化装置および血管可視化方法を得ることができる。 According to the blood vessel visualization device and the blood vessel visualization method of the present invention, for blood vessel pixels extracted from near-infrared image data, depending on the magnitude relationship between the difference value between the maximum luminance value and the minimum luminance value of each pixel and a predetermined value. The blood vessel visualization device and the blood vessel visualization method can be obtained that can accurately identify the vein and the artery of the blood vessel by displaying the image by dividing the pixel into the pixel of the artery and the pixel of the vein.
以下、本発明の血管可視化装置および血管可視化方法の好適な実施の形態につき、図面を用いて説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of a blood vessel visualization device and a blood vessel visualization method of the present invention will be described with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
実施の形態1.
<1.血管可視化装置の構成>
図1は、本発明の実施の形態1における血管可視化装置の機能構成を示したブロック図である。この図1における血管可視化装置は、近赤外線LEDアレー1、生体2を撮像するためのカメラ3、近赤外画像データ生成部4、近赤外画像解析・処理部5、可視画像データ生成部6、画像データ合成処理部7、および画像データ表示部8を備える。
Embodiment 1 FIG.
<1. Configuration of blood vessel visualization device>
FIG. 1 is a block diagram showing a functional configuration of the blood vessel visualization device according to Embodiment 1 of the present invention. The blood vessel visualization apparatus in FIG. 1 includes a near infrared LED array 1, a
近赤外線LEDアレー1は、第一の光源として、近赤外光を生体2に照射する。さらに、自然光または蛍光灯など(図示せず)は、第二の光源として、可視光を生体2に照射する。カメラ3は、第一の光源および第二の光源から生体2に照射した光の反射(または透過)光を受光して、近赤外撮像信号および可視撮像信号を出力する。なお、第二の光源は、血管可視化装置に具備されてもよいし、血管可視化装置の外部にあってもよい。
The near infrared LED array 1 irradiates the living body 2 with near infrared light as a first light source. Furthermore, natural light or a fluorescent lamp (not shown) irradiates the living body 2 with visible light as a second light source. The
近赤外画像データ生成部4は、カメラ3が出力した近赤外撮像信号を量子化して、デジタル信号の近赤外画像データを生成する。近赤外画像解析・処理部5は、近赤外画像データ生成部4が生成した近赤外画像データを解析して、血管部の画素処理を行い、静脈部画像データおよび動脈部画像データを生成する。
The near-infrared image data generation unit 4 quantizes the near-infrared imaging signal output from the
一方、可視画像データ生成部6は、カメラ3が出力した可視撮像信号を量子化して、デジタル信号の可視画像データを生成する。画像データ合成処理部7は、近赤外画像解析・処理部5が生成した静脈部画像データおよび動脈部画像データと、可視画像データ生成部6が生成した可視画像データとを合成し、合成画像データを生成する。画像データ表示部8は、画像データ合成処理部7が生成した合成画像データを画像表示する。
On the other hand, the visible image data generation unit 6 quantizes the visible imaging signal output from the
次に、カメラ3および近赤外画像解析・処理部5の内部の詳細構成について説明する。始めに、カメラ3は、レンズ31、ダイクロイックミラー32、IR撮像素子33、および可視撮像素子34を備える。
Next, detailed configurations inside the
レンズ31は、第一の光源および第二の光源から生体2に照射した光の反射(または透過)光を集光する。ダイクロイックミラー32は、近赤外の波長帯(800〜950nm)の光を90°の方向に反射させ、可視(700nm以下)光を通過させる。
The
IR撮像素子33は、ダイクロイックミラー32が反射させた近赤外光を撮像する。可視撮像素子34は、ダイクロイックミラー32が通過させた可視光を撮像する。
The
次に、近赤外画像解析・処理部5は、輝度平均値生成部51、輝度最高値検出・保存部52、輝度最低値検出・保存部53、輝度ヒストグラム生成/血管判別閾値設定部54、および合成画像データ設定部55を備える。
Next, the near-infrared image analysis /
輝度平均値生成部51は、血管の脈動周期に相当する期間において、近赤外画像データ生成部4が生成した複数の近赤外画像データの各画素の輝度の平均値(輝度平均値)を算出する。輝度最高値検出・保存部52は、複数の近赤外画像データの各画素の輝度の最高値(輝度最高値)を検出して保存する。輝度最低値検出・保存部53は、複数の近赤外画像データの各画素の輝度の最低値(輝度最低値)を検出して保存する。
The luminance average
輝度ヒストグラム生成/血管判別閾値設定部54は、輝度平均値生成部51が生成した各画素の輝度平均値のヒストグラムを生成し、この輝度分布において、高輝度側に位置する第一および第二ピーク輝度値を抽出して、静脈と動脈を含む血管部分とその他の部分との判別を行うための閾値を設定する。合成画像データ設定部55は、血管部分の判別を行うための閾値に基づいて、血管部として可視画像に合成するための画素を設定する。
The luminance histogram generation / blood vessel discrimination
<2.血管可視化装置の動作>
次に、本実施の形態1における血管可視化装置の各機能部の動作について、先の図1、図2、および図3を参照して詳細に説明する。
<2. Operation of blood vessel visualization device>
Next, the operation of each functional unit of the blood vessel visualization device according to the first embodiment will be described in detail with reference to FIG. 1, FIG. 2, and FIG.
ここで、図2は、本発明の実施の形態1における近赤外画像データ生成部4が生成した近赤外画像データの撮影画像を示した模式図である。また、図2(a)は、近赤外画像データ生成部4が生成した近赤外画像データの模式図を示し、図2(b)は、近赤外画像解析・処理部5が近赤外画像データを画素で分解した場合の模式図を示したものである。
Here, FIG. 2 is a schematic diagram showing a captured image of near-infrared image data generated by the near-infrared image data generation unit 4 according to Embodiment 1 of the present invention. 2A shows a schematic diagram of near-infrared image data generated by the near-infrared image data generation unit 4, and FIG. 2B shows a near-infrared image analysis /
図3は、本発明の実施の形態1における近赤外画像解析・処理部5が輝度値ヒストグラムのピークから血管判別の閾値を求める場合の説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram when the near-infrared image analysis /
第一の光源である近赤外線LEDアレー1は、複数個の近赤外線LEDが並べられており、生体2の血管を可視化したい部位に近赤外光を照射する。なお、近赤外線LEDアレー1に並べられる近赤外線LEDの個数は、生体2の血管を可視化したい部位の面積に応じて、決定すれば良い。 A near-infrared LED array 1 that is a first light source includes a plurality of near-infrared LEDs arranged, and irradiates near-infrared light to a site where a blood vessel of a living body 2 is desired to be visualized. The number of near-infrared LEDs arranged in the near-infrared LED array 1 may be determined according to the area of the site where the blood vessel of the living body 2 is desired to be visualized.
また、近赤外線LEDの発光波長(ピーク波長)の範囲は、いわゆる生体の窓と呼ばれている700nm〜1000nmの範囲で良く、特に、生体の主成分である水分による吸光が生じる900nmより短波長であり、生体により深く浸透でき、動脈の血液による吸光が大きい820nm〜880nmの範囲が望ましい。 The range of the emission wavelength (peak wavelength) of the near-infrared LED may be in the range of 700 nm to 1000 nm, which is called a so-called biological window. In particular, the wavelength is shorter than 900 nm at which light absorption due to moisture as a main component of the living body occurs. The range of 820 nm to 880 nm is preferable because it can penetrate deeper into the living body and the absorption of blood from the artery is large.
また、近赤外線LEDの代わりに、発光波長が近赤外線LEDと同波長帯である近赤外線レーザを使用してもよい。 Moreover, you may use the near-infrared laser whose light emission wavelength is the same wavelength band as near-infrared LED instead of near-infrared LED.
近赤外線LEDアレー1により生体2に照射された近赤外光は、血管を流れている血液の主成分であるヘモグロビンによって吸収される。さらに、この近赤外光は、生体中で吸収・散乱しながら、再度、皮膚から反射光または透過光として生体表面に出てくる。 Near-infrared light irradiated on the living body 2 by the near-infrared LED array 1 is absorbed by hemoglobin which is the main component of blood flowing through the blood vessels. Further, the near-infrared light again emerges from the skin as reflected light or transmitted light on the surface of the living body while being absorbed and scattered in the living body.
そして、近赤外線に対して感度の高い撮像素子(例えば、CCDまたはCMOSセンサーなど)を用いて、生体表面に出てきた反射光または透過光を撮影すると、血管部が血管部以外の生体部と比べて相対的に輝度が低い画像を得ることができる。 Then, when the reflected light or transmitted light that has come out on the surface of the living body is imaged using an imaging device (for example, a CCD or CMOS sensor) that is highly sensitive to near infrared rays, the blood vessel portion is connected to a living body portion other than the blood vessel portion. An image having relatively low luminance can be obtained.
この画像において、血管部は、低輝度になって浮かびあがる様子で撮影されているが、目視している生体表面は、鮮明には撮影されていない。そこで、本実施の形態1におけるカメラ3は、近赤外画像と可視画像の2種類の画像を出力している。
In this image, the blood vessel part is photographed in such a manner that it becomes low brightness and floats, but the surface of the living body being visually observed is not photographed clearly. Therefore, the
すなわち、カメラ3は、生体内部の血管部を撮影するために、第一の光源である近赤外線LEDアレーにより生体2に近赤外光を照射した場合の反射光(図1に図示した破線の矢印に相当)を、レンズ31によって集光する。
That is, the
さらに、カメラ3は、目視している生体表面を撮影するために、第二の光源である自然光または蛍光灯などの可視光を生体2に照射した場合の反射光(図1に図示した点線の矢印に相当)も、同様に、レンズ31によって集光する。
Further, the
そして、カメラ3は、レンズ31によって集光した近赤外光と可視光とを分離して撮影するために、ダイクロイックミラー32によって近赤外光を90°反射させ、IR撮像素子33によって撮影する。また、カメラ3は、ダイクロイックミラー32によって可視光を通過させ、可視撮像素子34によって撮影する。
The
ここで、IR撮像素子33および可視撮像素子34の面構成は、例えば、640画素/ライン×480ラインのVGA(Video Graphics Array)サイズである。なお、画素数およびライン数は、解像度に影響し、このようなVGAサイズに限定されるものではない。
Here, the surface structure of the
また、撮影コマ数は、例えば、30コマ/秒である。なお、撮影コマ数は、近赤外画像解析・処理部5の能力に応じて決めることができる。例えば、15コマ/秒や7.5コマ/秒に間引き撮影する場合には、血管検出の精度落ちが若干発生するものの、30コマ/秒と同様の動作となる。
Also, the number of frames taken is, for example, 30 frames / second. The number of shot frames can be determined according to the capability of the near-infrared image analysis /
また、IR撮像素子33は、第一の光源である近赤外線LEDと同じ波長帯(例えば、近赤外線LEDの発光波長が820nm〜880nmの場合には、820nm〜880nm)の近赤外光を選択透過させる分光特性を有している。この結果、IR撮像素子33は、この分光特性により、高感度な血管撮影を行うことができる。
The
そして、このようにしてIR撮像素子33が生体2の表面を撮影した信号に基づいて、近赤外画像データ生成部4が生成した近赤外画像データを示した模式図が、図2(a)である。この図2(a)における画像データは、黒白の輝度が異なるモノクロで構成されている。また、図2(a)に示したように、撮影された生体2の輪郭の中において、血管21、22は、その他の部位と比べて低輝度となるため、黒目の筋として確認される。
And the schematic diagram which showed the near-infrared image data which the near-infrared image data generation part 4 produced | generated based on the signal which
そして、図2(b)に示したように、この画像データを画素で分解すると、生体2の全体において、血管21、22以外の部位は、比較的高輝度な画素の数が多い。また、血管21は、その他の部位と比べて低輝度のため、灰色で示す画素に分解され、血管22は、血管21と比べてさらに低輝度のため、より暗い画素に分解される。
Then, as shown in FIG. 2B, when this image data is decomposed with pixels, in the whole living body 2, the parts other than the
次に、本実施の形態1における血管可視化装置が、図2における近赤外画像データから血管部(動脈部分と静脈部分を合わせた血管部分)を検出する動作について説明する。なお、以降では、具体的に説明するために、VGAサイズで30コマ/秒の近赤外撮影している場合を考える。 Next, an operation in which the blood vessel visualization device according to the first embodiment detects a blood vessel portion (a blood vessel portion obtained by combining the artery portion and the vein portion) from the near-infrared image data in FIG. 2 will be described. In the following, for the sake of specific explanation, a case where near-infrared imaging at 30 frames / second in the VGA size is considered.
近赤外画像解析・処理部5は、一般人の平均脈拍数である60〜75脈/分に対応する1脈動周期の期間(約1秒間)において、近赤外画像データ生成部4が生成した複数の画像データの各画素に対して、輝度平均値、輝度最高値、および輝度最低値を算出する。
The near-infrared image analysis /
すなわち、近赤外画像解析・処理部5は、640×480画素内の各画素において、画像データ30コマ分の画素に対する輝度平均値、輝度最高値、および輝度最低値を算出する。なお、近赤外画像解析・処理部5には、輝度平均値、輝度最高値、および輝度最低値を一時保存する3組のレジスタ(輝度平均値レジスタ、輝度最高値レジスタ、および輝度最低値レジスタ)が設けられている。
That is, the near-infrared image analysis /
また、輝度平均値、輝度最高値、および輝度最低値を算出する方法については、以下の通りである。まず、輝度平均値として、輝度平均値生成部51は、各画素において、1脈動周期に相当する1秒間の30コマ分の画素を巡回加算し、最後に30(30コマ分)で除算した値を生成し、輝度平均値レジスタに保存する。これにより、輝度平均値生成部51は、各画素において、輝度平均値の検出・保存を行うことができる。
The method for calculating the average brightness value, the maximum brightness value, and the minimum brightness value is as follows. First, as the luminance average value, the luminance average
また、輝度最高値として、輝度最高値検出・保存部52は、1コマ目の撮影開始時に、各画素において、輝度最高値レジスタに初回の画素輝度を保存し、30コマ目までの撮影の間に、輝度最高値レジスタの保存値より高い輝度値が入力された場合には、より高い輝度値に置換えて保存する。これにより、輝度最高値検出・保存部52は、各画素において、輝度最高値の検出・保存を行うことができる。
Further, as the maximum luminance value, the maximum luminance value detection /
さらに、輝度最低値として、輝度最低値検出・保存部53は、輝度最高値検出・保存部52と同様に、各画素において、輝度最低値レジスタの保存値より低い輝度値が入力された場合には、より低い輝度値に置換えて保存する。これにより、輝度最低値検出・保存部53は、各画素において、輝度最低値の検出・保存を行うことができる。
Further, as the lowest luminance value, the lowest luminance value detection /
そして、輝度ヒストグラム生成/血管判別閾値設定部54は、輝度平均値生成部51が生成したVGAサイズの各画素における輝度平均値の度数分布を求め、図3で示したようなヒストグラム(横軸は、輝度平均値を示し、縦軸は、度数を示す)を得る。
Then, the luminance histogram generation / blood vessel discrimination
このヒストグラムには、図3に示すように、3ヶ所にピークがあり、輝度平均値が最も高いピークは、前述した生体2の全体において、血管21、22以外の部位に対応する第一ピークP1(血管以外の生体輝度ピーク)であり、他のピークと比較して、度数が大きい。
As shown in FIG. 3, the histogram has peaks at three locations, and the peak with the highest luminance average value is the first peak P1 corresponding to a portion other than the
また、輝度平均値が2番目に高いピークは、前述した血管21に対応する第二ピークP2(静脈部の輝度ピーク)であり、輝度平均値が最も低いピークは、前述した血管22に対応する第三ピークP3(動脈部の輝度ピーク)である。さらに、血管以外の生体輝度ピークである第一ピークP1の輝度値と、血管部による第二ピークP2の輝度値との間が分離していることを確認できる。
The peak with the second highest average brightness value is the second peak P2 (the brightness peak of the vein) corresponding to the
その結果、輝度ヒストグラム生成/血管判別閾値設定部54は、第一ピークP1の輝度値と、第二ピークP2の輝度値との間の輝度値を血管判別閾値THとして設定する。なお、図3では、血管判別閾値THが第一ピークP1の輝度値と、第二ピークP2の輝度値との中間の輝度値である場合を例示したが、これに限定されない。すなわち、血管判別閾値THは、第一ピークP1の輝度値と、第二ピークP2の輝度値との間の輝度値であればよい。
As a result, the luminance histogram generation / blood vessel discrimination
そして、合成画像データ設定部55は、3組のレジスタのそれぞれに記憶された画素の内、輝度ヒストグラム生成/血管判別閾値設定部54が設定した血管判別閾値TH以下の輝度平均値を有する画素に対して血管部のフラグを設定することにより、血管部の画素(血管画素)を抽出する。
Then, the composite image
次に、合成画像データ設定部55が血管画素を抽出した後に行う、静脈と動脈を識別する動作について説明する。本実施の形態1における合成画像データ設定部55は、抽出した血管画素の内、各画素の輝度最高値と輝度最低値との差分値があらかじめ規定する所定値未満であるか否かを判断することにより、静脈と動脈の識別、さらには、動脈の血流状態を識別可視化することができるという技術的特徴を有する。
Next, an operation for identifying veins and arteries performed after the composite image
第一の光源である近赤外線LEDの発光波長が820nm〜880nmの場合において、波長が820nm〜880nmの近赤外光の吸収の大きさは、脱酸化ヘモグロビンと比べて、酸化ヘモグロビンの方が大きいということが知られている。そのため、図3に示したように、第一ピークP1より左側にある第二ピークP2が静脈で、より輝度が暗い第三ピークP3が動脈であるということを推定できる。 When the emission wavelength of the near-infrared LED as the first light source is 820 nm to 880 nm, the absorption intensity of near-infrared light having a wavelength of 820 nm to 880 nm is larger in oxyhemoglobin than deoxygenated hemoglobin. It is known that. Therefore, as shown in FIG. 3, it can be estimated that the second peak P2 on the left side of the first peak P1 is a vein, and the third peak P3 having a lower luminance is an artery.
しかしながら、静脈と動脈との光吸収率の差は、これらの血管と他の生体部との光吸収率の差と比べて小さいため、輝度差がほとんどない。従って、実際には、第二ピークP2と第三ピークP3において、分離されずに重なり合うため、各ピークの輝度平均値による静脈と動脈の正確な識別が困難である。 However, since the difference in the light absorption rate between the vein and the artery is smaller than the difference in the light absorption rate between these blood vessels and other living body parts, there is almost no difference in luminance. Therefore, in reality, the second peak P2 and the third peak P3 overlap without being separated, and thus it is difficult to accurately identify veins and arteries based on the average luminance value of each peak.
そこで、本実施の形態1では、鋭意検討した結果、動脈血の流れは、脈波と呼ばれる波のような形で血管内を移動し、一方で、静脈血の流れは、平坦であるという特性に着目することにより、静脈と動脈の識別、さらには、動脈の血流状態を可視化できるということを見出した。 Therefore, in the first embodiment, as a result of intensive studies, the flow of arterial blood moves in the blood vessel in the form of a wave called a pulse wave, while the flow of venous blood is flat. By paying attention, it was found that the veins and arteries can be identified and the blood flow state of the arteries can be visualized.
すなわち、動脈部においては、脈波により動脈血層の厚みが変動することに伴い、酸化ヘモグロビン量が変動するため、1脈動周期に相当する1秒30コマ分の各画素の輝度値が変動する。 That is, in the arterial portion, as the thickness of the arterial blood layer varies due to the pulse wave, the amount of oxyhemoglobin varies, so that the luminance value of each pixel for 30 frames per second corresponding to one pulsation cycle varies.
それに対し、静脈部においては、静脈血の流れが平坦であるため、1脈動周期に相当する1秒30コマ分の各画素の輝度値が、動脈部と比べて変動しない。従って、動脈部の方が静脈部と比べて、1秒30コマ分の各画素の輝度値の変動が大きいため、輝度最高値と輝度最低値との差分値が大きいことが分かる。 On the other hand, since the venous blood flow is flat in the venous portion, the luminance value of each pixel for 30 frames per second corresponding to one pulsation cycle does not vary as compared with the arterial portion. Accordingly, it can be seen that the difference between the highest luminance value and the lowest luminance value is larger in the arterial portion because the variation in luminance value of each pixel for 30 frames per second is larger than in the vein portion.
そこで、合成画像データ設定部55は、血管画素としてフラグが設定された画素の内、各画素に対して輝度最高値と輝度最低値との差分値を算出する。さらに、合成画像データ設定部55は、算出した差分値があらかじめ規定する所定値未満である画素を静脈部として識別可能とする静脈部画像データを生成する。また、所定値以上である画素を動脈部として識別可能とする動脈部画像データを生成する。
Therefore, the composite image
その一方で、可視画像データ生成部6は、前述したように、ダイクロイックミラー32を通過した可視光を撮像する可視撮像素子34の信号を受けて、可視画像データを生成する。
On the other hand, as described above, the visible image data generation unit 6 receives the signal of the
そして、画像データ合成処理部7は、IR撮像素子33と可視撮像素子34との光軸ズレに伴う画素位置補正や合成比率調整などの処理を行うことにより、近赤外画像解析・処理部5が生成した血管の静脈部画像データおよび動脈部画像データを可視画像データ生成部6が生成した可視画像データに合成し、合成画像データを生成する。
Then, the image data
さらに、画像データ表示部8は、画像データ合成処理部7が生成した合成画像データを表示デバイス(例えば、液晶モニタなど)に映せる信号形式に処理することにより、画像表示する。この画像表示によって、静脈と動脈の正確な識別可視化ができる。また、輝度ヒストグラムのピーク値を参照して、血管判別の閾値を設定しているため、生体部位の太さおよび近赤外線の照射強度などが変動したとしても、血管部分の正確な識別が可能である。
Further, the image
また、合成画像データ設定部55が静脈部と識別した画素および動脈部と識別した画素に対して、色相処理を行えば、静脈と動脈の正確な識別だけでなく、動脈の血流状態をも可視化することができる。
In addition, if the hue processing is performed on the pixel identified by the composite image
すなわち、合成画像データ設定部55は、各画素において、差分値が所定値未満であり、静脈部と識別した画素に対して、第一の色相(例えば、青色)を用いて色分けすることにより、青色で可視化できるような静脈部画像データを生成する。
That is, the composite image
一方、合成画像データ設定部55は、各画素において、差分値が所定値以上であり、動脈部と識別した画素に対して、差分値の大きさに応じて、第二の色相(例えば、赤色)を用いた濃淡コントラストにより色分けする。
On the other hand, the composite image
すなわち、動脈部と識別した画素に対して、静脈部と区分した所定値とほぼ等しい差分値を有する画素は、例えば、静脈部の青色に最も近い赤みかかった色とし、差分値が大きくなるほど濃く、輝度を上げた赤色で可視化できるような動脈部画像データを生成する。 That is, for a pixel identified as an arterial part, a pixel having a difference value substantially equal to a predetermined value divided from a vein part is, for example, a reddish color closest to the blue color of the vein part, and darker as the difference value increases. Arterial image data that can be visualized in red with increased brightness is generated.
そして、色相処理を施した静脈部画像データおよび動脈部画像データについても同様に、可視画像データに合成することにより合成画像データを生成し、合成画像データを画像表示する。 Similarly, the vein image data and the artery image data subjected to the hue processing are combined with the visible image data to generate composite image data, and the composite image data is displayed as an image.
その結果、動脈部の色相においては、差分値が小さい部分は、静脈部の青色に最も近い赤みかかった色とし、差分値が大きくなるほど濃く、輝度を上げた赤色で可視化できるような画像データに設定したため、動脈の血流状態を、色相表示に基づいて正確に可視化することができる。 As a result, in the hue of the arterial portion, the portion where the difference value is small is the reddish color closest to the blue color of the vein portion, and the image data becomes darker as the difference value increases and can be visualized in red with increased brightness. Since it is set, the blood flow state of the artery can be accurately visualized based on the hue display.
以上のように、本発明の実施の形態1によれば、血管可視化装置は、近赤外画像データに対して、輝度ヒストグラムに基づいて算出した適切な閾値を適用することで、血管部分(血管画素)を抽出することができる。 As described above, according to the first embodiment of the present invention, the blood vessel visualization device applies the appropriate threshold value calculated based on the luminance histogram to the near-infrared image data, so that the blood vessel portion (blood vessel) Pixel) can be extracted.
さらに、血管可視化装置は、近赤外画像データから抽出した血管画素の内、1脈動周期の期間における各画素の輝度最高値と輝度最低値との差分値と、あらかじめ規定する所定値との比較に基づいて、動脈部の画素(動脈部画像データ)と静脈部の画素(静脈部画像データ)とを区別することができる。 Furthermore, the blood vessel visualization device compares the difference value between the highest luminance value and the lowest luminance value of each pixel in the period of one pulsation cycle among the blood vessel pixels extracted from the near-infrared image data, and a predetermined value defined in advance. Based on the above, it is possible to distinguish the pixel of the arterial part (arterial part image data) and the pixel of the venous part (venous part image data).
この結果、動脈部画像データおよび静脈部画像データを可視画像データに合成した合成画像データを画像表示させることで、血管可視化のみならず、静脈と動脈の正確な識別可視化をすることのできる血管可視化装置を得ることができる。 As a result, not only blood vessels can be visualized, but also blood vessels that can be accurately identified and visualized with veins and arteries by displaying the combined image data that combines the arterial image data and the vein image data with the visible image data. A device can be obtained.
さらに、血管可視化装置は、動脈部に関しては、差分値の大きさに応じた色相処理を施した動脈部画像データを生成することができる。この結果、従来装置が反射光を撮影した画像データに対して、エッヂ処理やコントラスト強調などの画像処理のみを施して可視化表示しているため、動脈の血流状態を正確に可視化することのできる血管可視化装置を得ることができる。 Further, the blood vessel visualization device can generate arterial image data that has been subjected to hue processing according to the magnitude of the difference value for the arterial portion. As a result, since the conventional apparatus visualizes and displays the image data obtained by photographing the reflected light by performing only image processing such as edge processing and contrast enhancement, the blood flow state of the artery can be accurately visualized. A blood vessel visualization device can be obtained.
なお、本実施の形態1では、カメラ3は、近赤外線LEDアレー1が生体2に照射した近赤外光の反射光を受光するとして説明したが、図1に示した生体2の左側から近赤外線LEDアレー1が生体2に照射した近赤外光の透過光(生体2を透過する光)を受光しても同様の効果を得ることができる。
In the first embodiment, the
実施の形態2.
<1.動脈閉塞監視機能を備えた血管可視化装置の機能と動作>
先の実施の形態1では、血管可視化のみならず、静脈と動脈の正確な識別可視化や、動脈の血流状態を正確に可視化することができる血管可視化装置について説明した。これに対して、本発明の実施の形態2では、さらに、動脈における血流状態の変動を時系列で管理することができる動脈閉塞監視機能を備えた血管可視化装置について説明する。
Embodiment 2. FIG.
<1. Function and operation of blood vessel visualization device with arterial occlusion monitoring function>
In the first embodiment, not only blood vessel visualization but also a blood vessel visualization device capable of accurately identifying and visualizing veins and arteries and accurately visualizing a blood flow state of an artery has been described. On the other hand, in the second embodiment of the present invention, a blood vessel visualization apparatus provided with an arterial occlusion monitoring function capable of managing changes in the blood flow state in the artery in time series will be described.
図4は、本発明の実施の形態2における動脈閉塞監視機能を備えた血管可視化装置の機能構成を示したブロック図である。この図4における動脈閉塞監視機能を備えた血管可視化装置は、先の図1における血管可視化装置を構成する各機能部に加えて、さらに、ID管理・表示制御部9および動脈閉塞監視データ生成部10を備える。ここで、ID管理・表示制御部9および動脈閉塞監視データ生成部10は、動脈閉塞監視制御部に相当する。
FIG. 4 is a block diagram showing a functional configuration of a blood vessel visualization device having an arterial occlusion monitoring function according to Embodiment 2 of the present invention. The blood vessel visualization apparatus having the arterial occlusion monitoring function in FIG. 4 is further provided with an ID management / display control unit 9 and an arterial occlusion monitoring data generation unit in addition to the functional units constituting the blood vessel visualization apparatus in FIG. 10 is provided. Here, the ID management / display control unit 9 and the arterial occlusion monitoring
なお、図4に示した機能構成において、ID管理・表示制御部9および動脈閉塞監視データ生成部10以外は、先の実施の形態1における図1で説明した機能構成と全く同一であるため、説明を省略する。
The functional configuration shown in FIG. 4 is exactly the same as the functional configuration described in FIG. 1 in the first embodiment except for the ID management / display control unit 9 and the arterial occlusion monitoring
ここで、本実施の形態2における動脈閉塞監視機能を備えた血管可視化装置は、動脈部の同一部位を経時的に測定することによって得られる閉塞確認値(血流指標値)、あるいは閉塞監視画素の差分値があらかじめ規定する下限差分値未満となった部位をユーザに知らせるという技術的特徴を有す。 Here, the blood vessel visualization apparatus having the arterial occlusion monitoring function according to the second embodiment has a blockage confirmation value (blood flow index value) obtained by measuring the same part of the artery over time, or a blockage monitoring pixel. Has a technical feature of notifying the user of a part where the difference value is less than the lower limit difference value defined in advance.
次に、本実施の形態2における動脈閉塞監視機能を備えた血管可視化装置の一連の動作について、新しく付加されたID管理・表示制御部9および動脈閉塞監視データ生成部10の機能・動作を中心に説明する。図5は、本発明の実施の形態2における動脈閉塞監視機能を備えた血管可視化装置の機能および動作についての説明図である。
Next, regarding the series of operations of the blood vessel visualization apparatus having the arterial occlusion monitoring function according to the second embodiment, the functions and operations of the newly added ID management / display control unit 9 and arterial occlusion monitoring
まず、ID管理・表示制御部9および動脈閉塞監視データ生成部10の機能・動作について説明する。ID管理・表示制御部9は、マウスおよびキー入力デバイス(図示せず)を備え、図5に示した動脈閉塞監視画面を画像データ表示部8に表示させる。
First, functions and operations of the ID management / display control unit 9 and the arterial occlusion monitoring
また、動脈閉塞監視画面には、操作ボタン(「ID情報入力」ボタン、「検査ポイント設定」ボタン、および「閉塞確認」ボタン)と、リスト表(動脈血流指標リスト)と、先の実施の形態1において、動脈部画像データおよび動脈部画像データを可視画像データに合成した合成画像データとが表示されている。 The arterial occlusion monitoring screen includes an operation button (“ID information input” button, “examination point setting” button, and “occlusion confirmation” button), a list table (arterial blood flow index list), and the previous implementation. In the first embodiment, the arterial part image data and the composite image data obtained by synthesizing the arterial part image data with the visible image data are displayed.
また、ID管理・表示制御部9は、動脈閉塞監視画面において、ユーザがマウスを操作することにより、動脈閉塞監視マーカ23(動脈閉塞監視を行うべき監視エリア)を設定する機能を備える。 The ID management / display control unit 9 has a function of setting an arterial occlusion monitoring marker 23 (a monitoring area where arterial occlusion monitoring should be performed) by operating a mouse on the arterial occlusion monitoring screen.
動脈閉塞監視データ生成部10は、ID管理・表示制御部9の設定機能により設定した動脈閉塞監視マーカ23の監視エリア内に入る複数の動脈部の画素(動脈画素)において、各動脈画素の差分値(輝度最高値と輝度最低値との差)を算出する。さらに、動脈閉塞監視データ生成部10は、監視エリア内のそれぞれの差分値を加算し、動脈画素数で除算することにより、差分値の平均値を算出する。
The arterial occlusion monitoring
なお、動脈閉塞監視マーカ23の監視エリアの範囲は、動脈閉塞監視画面内の操作ボタンにより、設定することが可能である。また、動脈閉塞監視データ生成部10は、算出した平均値を閉塞確認値として、動脈閉塞監視レジスタに保存する機能を備える。
The range of the monitoring area of the arterial occlusion monitoring marker 23 can be set by an operation button in the arterial occlusion monitoring screen. The arterial occlusion monitoring
また、ID管理・表示制御部9は、ユーザがキー入力デバイスで所定のキー操作を行うことにより、先の実施の形態1における生体2の画面、生体2の合成画像データが全画面に画像表示された画面、および動脈閉塞監視画面を交互に切り替える動作を行う。なお、所定のキー操作について、例えば、F1キーが操作される毎に、画面が交互に切り替わるようにすればよい。 Further, the ID management / display control unit 9 displays the screen of the living body 2 and the synthesized image data of the living body 2 in the previous embodiment 1 on the entire screen when the user performs a predetermined key operation with the key input device. The screen is switched alternately between the displayed screen and the arterial occlusion monitoring screen. Note that, for a predetermined key operation, for example, the screen may be switched alternately every time the F1 key is operated.
次に、本実施の形態2における動脈閉塞監視機能を備えた血管可視化装置の一連の動作について説明する。動脈閉塞監視機能を備えた血管可視化装置を運用する場合において、ID管理・表示制御部9は、ユーザが動脈閉塞監視画面の「ID情報入力」ボタンをマウスで選択すると、ID情報入力画面(図示せず)を開く。 Next, a series of operations of the blood vessel visualization device having the arterial occlusion monitoring function in the second embodiment will be described. When operating a blood vessel visualization apparatus having an arterial occlusion monitoring function, the ID management / display control unit 9 selects an ID information input screen (FIG. Open (not shown).
ID情報入力画面を開くことにより、ユーザは、マウスおよびキー入力デバイスを使用して、あらかじめ装置を使用する患者を特定するための個人情報および検査部位情報などのID情報を入力することができる。 By opening the ID information input screen, the user can input ID information such as personal information and examination site information for specifying a patient who uses the apparatus in advance using a mouse and a key input device.
次に、ユーザが「検査ポイント設定」ボタンをマウスで選択すると、ID管理・表示制御部9は、合成画像データが表示された画面上に動脈閉塞を監視する動脈閉塞監視マーカ23を表示させる。そして、ユーザがマウスを用いて、検査したい動脈部位の位置に動脈閉塞監視マーカ23を移動し、さらに、クリックして動脈閉塞監視部位の設定を行う。 Next, when the user selects an “examination point setting” button with the mouse, the ID management / display control unit 9 displays an arterial occlusion monitoring marker 23 for monitoring the arterial occlusion on the screen on which the composite image data is displayed. Then, the user moves the arterial occlusion monitoring marker 23 to the position of the artery site to be examined using the mouse, and further clicks to set the arterial occlusion monitoring site.
その状態において、ユーザが「閉塞確認」ボタンをマウスで選択すると、動脈閉塞監視データ生成部10は、前述したように、動脈閉塞監視マーカ23の監視エリア内に入る各動脈画素の差分値の平均値(閉塞確認値)を算出する。
In this state, when the user selects an “occlusion confirmation” button with the mouse, the arterial occlusion monitoring
そして、動脈閉塞監視データ生成部10は、動脈閉塞監視レジスタに、ID管理・表示制御部9が設定したID情報と、動脈閉塞監視マーカ23の監視エリアの位置とに関連付けられた閉塞確認値を保存する。なお、動脈監視閉塞レジスタには、所定時間測定することにより得られる閉塞確認値の平均値が保存されている。
Then, the arterial occlusion monitoring
さらに、ID管理・表示制御部9は、監視エリアが設定された動脈の同一部位を経時的(定期的)に測定することによって得られる複数の閉塞確認値の時系列データについて、図5に示したように、動脈血流指標リストとして表示させる。例えば、1ヶ月ごとに測定した閉塞確認値を、患者のIDと関連付けて保存させておくことで、時系列表示に基づく診断が可能となる。 Further, the ID management / display control unit 9 shows time-series data of a plurality of occlusion confirmation values obtained by measuring the same part of the artery where the monitoring area is set over time (periodically) as shown in FIG. As shown, the arterial blood flow index list is displayed. For example, the occlusion confirmation value measured every month is stored in association with the patient ID, thereby enabling diagnosis based on time-series display.
なお、時系列データを表示させる方法として、例えば、図5に示したように、基準となる時期の閉塞確認値を血流指標値100として、その他の時期の閉塞確認値を基準に対して相対的に表示させればよい。これにより、血流指標値が時系列的にどの程度変化しているか知ることができ、血流状態の変動を監視することができる。
As a method for displaying time-series data, for example, as shown in FIG. 5, the blockage confirmation value at the reference time is set as the blood
また、図5では、1ヶ月ごとに測定する場合に得られる閉塞確認値の時系列データを表示させる場合について例示したが、これに限定されない。すなわち、測定する期間の間隔については、必要に応じて変更すればよい。 Further, while FIG. 5 illustrates the case of displaying the time series data of the blockage confirmation value obtained when measuring every month, the present invention is not limited to this. In other words, the interval of the measurement period may be changed as necessary.
さらに、ID管理・表示制御部9および動脈閉塞監視データ生成部10を有する本実施の形態2における動脈閉塞監視制御部は、次のような監視制御機能も有している。
Furthermore, the arterial occlusion monitoring control unit according to the second embodiment having the ID management / display control unit 9 and the arterial occlusion monitoring
具体的には、動脈閉塞監視データ生成部10は、動脈部として識別した画素に関して、近赤外画像解析・処理部5により算出された差分値があらかじめ規定する下限差分値未満にならないかを継続監視する。そして、動脈閉塞監視データ生成部10は、差分値が下限差分値未満となった画素を検出した場合には、その画素を、閉塞が発生したと考えられる閉塞監視画素として特定する。
Specifically, the arterial occlusion monitoring
さらに、ID管理・表示制御部9は、特定した閉塞監視画素の近傍エリアを、図5に示したように、動脈閉塞監視マーカ24として自動表示させることも可能である。これにより、動脈閉塞監視マーカ23以外の部位についても、閉塞監視画素の差分値の変化に基づいて、閉塞が発生したと考えられる動脈部分を知ることができ、血流状態の変動を監視することができる。
Further, the ID management / display control unit 9 can automatically display the vicinity area of the specified occlusion monitoring pixel as the arterial
なお、本実施の形態2における動脈閉塞監視制御部は、上述したように、あらかじめ設定した動脈閉塞監視マーカ23の部位を監視制御する第一の動脈閉塞監視機能、および動脈部全体の監視制御に基づいて動脈閉塞監視マーカ24の部位を検出する第二の動脈閉塞監視機能の両方を備えるように構成してもよいし、いずれか一方を備えるように構成してもよい。
As described above, the arterial occlusion monitoring control unit according to the second embodiment performs the first arterial occlusion monitoring function for monitoring and controlling the site of the preset arterial occlusion monitoring marker 23, and monitoring control of the entire arterial part. It may be configured to include both of the second arterial occlusion monitoring function for detecting the site of the arterial
以上のように、本発明の実施の形態2によれば、動脈閉塞監視機能を備えた血管可視化装置は、監視エリアが設定された動脈部の閉塞確認値を算出し、さらに、同一部位を経時的に測定することによって複数の閉塞確認値(血流指標値)の時系列データを得ることができる。 As described above, according to the second embodiment of the present invention, the blood vessel visualization device provided with the arterial occlusion monitoring function calculates the occlusion confirmation value of the arterial portion in which the monitoring area is set, Time series data of a plurality of obstruction confirmation values (blood flow index values) can be obtained.
また、動脈部として識別した画素の差分値があらかじめ規定する下限差分値未満にならないか継続監視し、差分値が下限差分値未満となった画素を検出した場合には、その画素を、閉塞が発生したと考えられる閉塞監視画素として特定する。 In addition, if the difference value of the pixel identified as the arterial portion is continuously monitored to determine whether it is less than the lower limit difference value defined in advance and a pixel whose difference value is less than the lower limit difference value is detected, the pixel is blocked. It is specified as a blockage monitoring pixel that is considered to have occurred.
そして、閉塞確認値の時系列データ、あるいは閉塞監視画素を画面上に表示させることにより、動脈の同一部位における血流状態の変動を監視することができる。さらに、血流状態の変動に異常があれば、その異常があった部位を知ることができ、これにより、動脈閉塞発症の予防が可能となる。 Then, by displaying the time-series data of the occlusion confirmation value or the occlusion monitoring pixel on the screen, it is possible to monitor the change in the blood flow state in the same part of the artery. Furthermore, if there is an abnormality in the fluctuation of the blood flow state, it is possible to know the site where the abnormality is present, thereby preventing the onset of arterial occlusion.
1 近赤外線LEDアレー、2 生体、3 カメラ、4 近赤外画像データ生成部、5 近赤外画像解析・処理部、6 可視画像データ生成部、7 画像データ合成処理部、8 画像データ表示部、9 ID管理・表示制御部、10 動脈閉塞監視データ生成部、21、22 血管、23、24 動脈閉塞監視マーカ、31 レンズ、32 ダイクロイックミラー、33 IR撮像素子、34 可視撮像素子、51 輝度平均値生成部、52 輝度最高値検出・保存部、53 輝度最低値検出・保存部、54 輝度ヒストグラム生成/血管判別閾値設定部、55 合成画像データ設定部。 1 near-infrared LED array, 2 living body, 3 camera, 4 near-infrared image data generation unit, 5 near-infrared image analysis / processing unit, 6 visible image data generation unit, 7 image data composition processing unit, 8 image data display unit , 9 ID management / display control unit, 10 Arterial occlusion monitoring data generation unit, 21, 22 Blood vessel, 23, 24 Arterial occlusion monitoring marker, 31 Lens, 32 Dichroic mirror, 33 IR imaging device, 34 Visible imaging device, 51 Luminance average A value generation unit, 52 luminance maximum value detection / storage unit, 53 luminance minimum value detection / storage unit, 54 luminance histogram generation / blood vessel discrimination threshold setting unit, 55 synthetic image data setting unit.
Claims (7)
前記生体に前記近赤外光が照射されることで前記生体から反射もしくは透過した前記近赤外光、および前記生体に可視光が照射されることで前記生体から反射もしくは透過した前記可視光を撮像するカメラと、
前記カメラが撮像した前記近赤外光に基づいて前記生体の近赤外画像データを生成する近赤外画像データ生成部と、
前記カメラが撮像した前記可視光に基づいて前記生体の可視画像データを生成する可視画像データ生成部と、
血管の脈動周期の期間において前記近赤外画像データ生成部が生成した複数の前記近赤外画像データを構成する各画素に対して、輝度平均値、輝度最高値、および輝度最低値を算出し、各画素に対して算出した前記輝度平均値の度数分布に基づいて、血管判別を行うための閾値を特定し、前記輝度平均値が前記閾値以下の画素を血管部として抽出し、前記血管の脈動周期の期間において算出した前記輝度最高値と前記輝度最低値との差分値を前記血管部として抽出した各画素に対して算出し、算出した前記差分値とあらかじめ規定する所定値との比較に基づいて、前記差分値が前記所定値未満である前記血管部の画素を静脈部として識別可能とする静脈部画像データを生成するとともに、前記差分値が前記所定値以上である前記血管部の画素を動脈部として識別可能とする動脈部画像データを生成する近赤外画像解析・処理部と、
前記近赤外画像解析・処理部が生成した前記静脈部画像データおよび前記動脈部画像データと、前記可視画像データ生成部が生成した前記可視画像データとを合成することにより、前記生体、前記静脈部、および前記動脈部を識別可能な合成画像データを生成する画像データ合成処理部と、
前記画像データ合成処理部が生成した前記合成画像データを表示する画像データ表示部と
を備えることを特徴とする血管可視化装置。 A first light source for irradiating a living body with near-infrared light;
The near infrared light reflected or transmitted from the living body by irradiating the living body with the near infrared light, and the visible light reflected or transmitted from the living body by irradiating the living body with visible light. A camera to image,
A near-infrared image data generation unit that generates near-infrared image data of the living body based on the near-infrared light captured by the camera;
A visible image data generating unit that generates visible image data of the living body based on the visible light captured by the camera;
A luminance average value, a luminance maximum value, and a luminance minimum value are calculated for each pixel constituting the plurality of near-infrared image data generated by the near-infrared image data generation unit during a pulsation period of a blood vessel. Based on the frequency distribution of the luminance average value calculated for each pixel, a threshold value for performing blood vessel discrimination is specified, pixels having the luminance average value equal to or less than the threshold value are extracted as blood vessel portions, A difference value between the highest luminance value and the lowest luminance value calculated in the period of the pulsation cycle is calculated for each pixel extracted as the blood vessel part, and the calculated difference value is compared with a predetermined value defined in advance. Based on this, the vein part image data that enables the pixel of the blood vessel part whose difference value is less than the predetermined value to be identified as a vein part is generated, and the pixel of the blood vessel part whose difference value is equal to or greater than the predetermined value A near-infrared image analysis and processing unit for generating an arterial part image data to be identified as the arterial section,
By synthesizing the vein image data and the artery image data generated by the near-infrared image analysis / processing unit and the visible image data generated by the visible image data generation unit, the living body, the vein And an image data composition processing unit for generating composite image data capable of identifying the arterial part,
A blood vessel visualization device comprising: an image data display unit that displays the composite image data generated by the image data synthesis processing unit.
前記近赤外画像解析・処理部は、前記静脈部に対応する画素を第一の色相を用いて色分けして前記静脈部画像データを生成し、前記動脈部に対応する画素を前記差分値の大きさに応じて第二の色相を用いた濃淡コントラストにより色分けして前記動脈部画像データを生成する
ことを特徴とする血管可視化装置。 The blood vessel visualization device according to claim 1,
The near-infrared image analysis / processing unit color-codes pixels corresponding to the vein part using a first hue to generate the vein part image data, and sets pixels corresponding to the artery part to the difference value A blood vessel visualization device, wherein the arterial part image data is generated by color-coding according to light and shade contrast using a second hue according to the size.
前記画像データ表示部に表示された前記合成画像データの前記動脈部の中から動脈閉塞監視を行うべき監視エリアを設定する機能と、設定した前記監視エリア内の前記動脈部について、前記血管の脈動周期の期間において算出された各画素の差分値の平均値を閉塞確認値として算出する機能と、算出した前記閉塞確認値を前記画像データ表示部に表示させる機能とを有する第一の動脈閉塞監視制御部
をさらに備えることを特徴とする血管可視化装置。 The blood vessel visualization device according to claim 1 or 2,
A function of setting a monitoring area to be monitored for arterial occlusion from the arterial part of the composite image data displayed on the image data display unit, and pulsation of the blood vessel for the arterial part in the set monitoring area First arterial occlusion monitoring having a function of calculating an average value of difference values of pixels calculated in a period of a cycle as an occlusion confirmation value and a function of displaying the calculated occlusion confirmation value on the image data display unit A blood vessel visualization device, further comprising a control unit.
前記第一の動脈閉塞監視制御部は、前記監視エリアにおける前記閉塞確認値を経時的に算出し、経時的に算出した前記閉塞確認値の時系列データを前記画像データ表示部に表示させる機能をさらに有する
ことを特徴とする血管可視化装置。 The blood vessel visualization device according to claim 3,
The first arterial occlusion monitoring control unit has a function of calculating the occlusion confirmation value in the monitoring area over time, and displaying time series data of the occlusion confirmation value calculated over time on the image data display unit. And a blood vessel visualization device.
前記動脈部として識別した画素に関して、前記近赤外画像解析・処理部により算出された前記差分値があらかじめ規定する下限差分値未満となった画素を閉塞が発生したと考えられる閉塞監視画素として特定し、特定した前記閉塞監視画素を前記画像データ表示部に表示させる機能を有する第二の動脈閉塞監視制御部
をさらに備えることを特徴とする血管可視化装置。 The blood vessel visualization device according to any one of claims 1 to 4,
Regarding the pixel identified as the arterial portion, a pixel whose difference value calculated by the near-infrared image analysis / processing unit is less than a predetermined lower-limit difference value is identified as a blockage monitoring pixel that is considered to have been blocked. And a second arterial occlusion monitoring control unit having a function of displaying the specified occlusion monitoring pixel on the image data display unit.
前記第一の光源が前記生体に照射する前記近赤外光の発光波長の範囲は、820nm〜880nmである
ことを特徴とする血管可視化装置。 The blood vessel visualization device according to any one of claims 1 to 5,
The range of the emission wavelength of the near infrared light that the first light source irradiates the living body is 820 nm to 880 nm.
前記生体に近赤外光が照射されることで前記生体から反射もしくは透過した前記近赤外光信号、および前記生体に可視光が照射されることで前記生体から反射もしくは透過した前記可視光信号を前記カメラにより前記撮像信号として撮像する撮像ステップと、
前記撮像ステップで撮像した前記近赤外光信号に基づいて前記生体の近赤外画像データを生成する近赤外画像データ生成ステップと、
前記撮像ステップで撮像した前記可視光信号に基づいて前記生体の可視画像データを生成する可視画像データ生成ステップと、
血管の脈動周期の期間において前記近赤外画像データ生成ステップで生成した複数の前記近赤外画像データを構成する各画素に対して、輝度平均値、輝度最高値、および輝度最低値を算出する算出ステップと、
前記算出ステップにより各画素に対して算出された前記輝度平均値の度数分布に基づいて、血管判別を行うための閾値を特定し、前記輝度平均値が前記閾値以下の画素を血管部として抽出する血管部抽出ステップと、
前記血管の脈動周期の期間において前記算出ステップにより算出された前記輝度最高値と前記輝度最低値との差分値を、前記血管部として抽出した各画素に対して算出し、算出した前記差分値とあらかじめ規定する所定値との比較に基づいて、前記差分値が前記所定値未満である前記血管部の画素を静脈部として識別可能とする静脈部画像データを生成するとともに、前記差分値が前記所定値以上である前記血管部の画素を動脈部として識別可能とする動脈部画像データを生成する動脈部・静脈部識別ステップと、
前記動脈部・静脈部識別ステップで生成された前記静脈部画像データおよび前記動脈部画像データと、前記可視画像データ生成ステップで生成された前記可視画像データとを合成することにより、前記生体、前記静脈部、および前記動脈部を識別可能な合成画像データを生成する画像データ合成処理ステップと、
前記画像データ合成処理ステップで生成された前記合成画像データを表示する画像データ表示ステップと
を備えることを特徴とする血管可視化方法。 A blood vessel visualization method executed by a blood vessel visualization device to identify and display a vein part and an arterial part in a living body by processing an imaging signal from a camera,
The near-infrared light signal reflected or transmitted from the living body by being irradiated with near infrared light, and the visible light signal reflected or transmitted from the living body by being irradiated with visible light. An imaging step of imaging as the imaging signal by the camera;
A near-infrared image data generation step of generating near-infrared image data of the living body based on the near-infrared light signal imaged in the imaging step;
A visible image data generating step for generating visible image data of the living body based on the visible light signal imaged in the imaging step;
A luminance average value, a luminance maximum value, and a luminance minimum value are calculated for each pixel constituting the plurality of near infrared image data generated in the near infrared image data generation step in the period of the pulsation cycle of the blood vessel. A calculation step;
Based on the frequency distribution of the average brightness value calculated for each pixel in the calculation step, a threshold value for performing blood vessel identification is specified, and pixels having the average brightness value equal to or less than the threshold value are extracted as blood vessel portions. A blood vessel extraction step;
The difference value between the highest luminance value and the lowest luminance value calculated by the calculation step in the period of the pulsation cycle of the blood vessel is calculated for each pixel extracted as the blood vessel part, and the calculated difference value Based on a comparison with a predetermined value that is defined in advance, vein image data is generated that makes it possible to identify a pixel of the blood vessel that has a difference value less than the predetermined value as a vein portion, and the difference value is the predetermined value An arterial part / venous part identifying step for generating arterial part image data that makes it possible to identify a pixel of the blood vessel part that is greater than or equal to a value as an arterial part;
By combining the vein part image data and the arterial part image data generated in the arterial part / vein part identifying step and the visible image data generated in the visible image data generating step, the living body, An image data composition processing step for generating composite image data capable of identifying the vein part and the arterial part;
A blood vessel visualization method comprising: an image data display step for displaying the combined image data generated in the image data combining processing step.
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