JP2017064405A - Optical measuring apparatus and optical measuring method - Google Patents
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Abstract
【課題】被検体内の組織をより簡便に識別する。【解決手段】光学測定装置1は、近赤外光を出射する光源10と、光源10からの近赤外光の被検体5への照射によって被検体5から出射される被検体5からの透過光又は反射光の強度分布を示す画像を2次元配置された画素によって取得することで画像データを取得するカメラ部30と、画像データに基づいて、被検体5の各位置における組織を識別する分析部40と、分析部40により識別された組織の位置を示す情報を分析結果として出力する出力部50と、を備える。【選択図】図1To identify a tissue in a subject more easily. An optical measurement apparatus includes a light source that emits near-infrared light, and transmission from the subject that is emitted from the subject by irradiation of the near-infrared light from the light source to the subject. A camera unit 30 that acquires image data by acquiring an image showing the intensity distribution of light or reflected light by two-dimensionally arranged pixels, and an analysis for identifying a tissue at each position of the subject 5 based on the image data And an output unit 50 that outputs information indicating the position of the tissue identified by the analysis unit 40 as an analysis result. [Selection] Figure 1
Description
本発明は、被検体の組織の識別を行う光学測定装置及び光学測定方法に関する。 The present invention relates to an optical measurement apparatus and an optical measurement method for identifying a tissue of a subject.
生体内の組織を評価する方法として、例えば特許文献1記載の発明のように、ハンドヘルドプローブを用いて生体に対して近赤外光を照射することで標的組織内に導入された造影剤からの光を収集することで評価を行う方法が知られている。特許文献1記載の発明では、同時にハンドヘルドプローブとは別に、可視光データ、第1の組の近赤外光データ及び第2の組の近赤外光データを取得する3つの撮像装置が設けられ、ハンドヘルドプローブにより取得された近赤外光による情報と、3つの撮像装置により取得された情報とを組み合わせて出力する構成が示されている。 As a method for evaluating a tissue in a living body, for example, as in the invention described in Patent Document 1, from a contrast agent introduced into a target tissue by irradiating a living body with near-infrared light using a handheld probe. A method of performing evaluation by collecting light is known. In the invention described in Patent Document 1, three imaging devices that simultaneously acquire visible light data, a first set of near-infrared light data, and a second set of near-infrared light data are provided separately from the handheld probe. 1 shows a configuration in which information by near-infrared light acquired by a handheld probe and information acquired by three imaging devices are combined and output.
しかしながら、特許文献1に記載の方法では、ハンドヘルドプローブの他に3つの撮像装置を設ける必要があり、装置構成が大型且つ複雑であり、実現に際するコストも増大する可能性がある。また、特許文献1に記載の方法では、造影剤を予め患者に投与する必要があり、患者への負担も生じる。 However, in the method described in Patent Document 1, it is necessary to provide three imaging devices in addition to the handheld probe, and the configuration of the device is large and complicated, which may increase the cost for the realization. Moreover, in the method described in Patent Document 1, it is necessary to administer a contrast medium to a patient in advance, which causes a burden on the patient.
本発明は上記を鑑みてなされたものであり、被検体内の組織をより簡便に識別することが可能な光学測定装置及び光学測定方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide an optical measurement apparatus and an optical measurement method that can more easily identify a tissue in a subject.
本願発明の一態様に係る光学測定装置は、
近赤外光を出射する近赤外光源と、
前記近赤外光の被検体への照射によって前記被検体から出射される当該被検体からの透過光又は反射光の強度分布を示す画像を2次元配置された画素によって取得することで画像データを取得する撮像手段と、
前記画像データに基づいて、前記被検体の各位置における組織を識別する分析手段と、
前記分析手段により識別された組織の位置を示す情報を分析結果として出力する出力手段と、
を備える光学測定装置、
である。
An optical measurement apparatus according to one aspect of the present invention is
A near-infrared light source that emits near-infrared light; and
Image data is obtained by obtaining an image showing an intensity distribution of transmitted light or reflected light from the subject emitted from the subject by irradiation of the near-infrared light with the two-dimensionally arranged pixels. Imaging means to obtain;
Analysis means for identifying the tissue at each position of the subject based on the image data;
Output means for outputting information indicating the position of the tissue identified by the analysis means as an analysis result;
An optical measuring device comprising:
It is.
本願発明の一態様に係る光学測定方法は、
近赤外光源からの近赤外光の被検体への照射によって前記被検体から出射される当該被検体からの透過光又は反射光の強度分布を示す画像を2次元配置された画素によって取得することで画像データを取得する撮像ステップと、
前記撮像ステップにおいて取得された前記画像データに基づいて、前記被検体の各位置における組織を識別する分析ステップと、
前記分析ステップにより識別された組織の位置を示す情報を分析結果として出力する出力ステップと、
を備える光学測定方法、
である。
The optical measurement method according to one aspect of the present invention is as follows:
An image showing the intensity distribution of transmitted light or reflected light from the subject emitted from the subject by irradiation of the near-infrared light from the near-infrared light source is acquired by two-dimensionally arranged pixels. An imaging step of acquiring image data by
An analysis step for identifying a tissue at each position of the subject based on the image data acquired in the imaging step;
An output step of outputting information indicating the position of the tissue identified by the analysis step as an analysis result;
An optical measurement method comprising:
It is.
本発明によれば、被検体内の組織をより簡便に識別することが可能な光学測定装置及び光学測定方法が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the optical measuring device and the optical measuring method which can identify the structure | tissue in a subject more simply are provided.
[本願発明の実施形態の説明]
最初に本願発明の実施態様を列記して説明する。
[Description of Embodiment of Present Invention]
First, embodiments of the present invention will be listed and described.
本願発明に係る光学測定装置は、近赤外光を出射する近赤外光源と、前記近赤外光の被検体への照射によって前記被検体から出射される当該被検体からの透過光又は反射光の強度分布を示す画像を2次元配置された画素によって取得することで画像データを取得する撮像手段と、前記画像データに基づいて、前記被検体の各位置における組織を識別する分析手段と、前記分析手段により識別された組織の位置を示す情報を分析結果として出力する出力手段と、を備えることを特徴とする。ここで、本願において、「反射」は「拡散反射」を含む。 An optical measurement apparatus according to the present invention includes a near-infrared light source that emits near-infrared light, and transmitted light or reflection from the subject that is emitted from the subject by irradiation of the near-infrared light onto the subject. An imaging means for acquiring image data by acquiring an image showing an intensity distribution of light with pixels arranged in a two-dimensional manner, an analysis means for identifying a tissue at each position of the subject based on the image data, Output means for outputting information indicating the position of the tissue identified by the analysis means as an analysis result. Here, in the present application, “reflection” includes “diffuse reflection”.
上記の光学測定装置によれば、近赤外光源からの近赤外光の被検体への照射によって被検体から出射される当該被検体からの透過光又は反射光の強度分布を示す画像を2次元配置された画素によって取得した後に、画像データに基づいて、被検体の各位置における組織が識別される。したがって、従来の装置のように複数の撮像装置を設けることなく、且つ被検体への事前の薬剤投与等を行うことなく、組織の識別が可能となるので、被検体内の組織をより簡便に識別することが可能となる。 According to the above optical measurement apparatus, two images showing the intensity distribution of transmitted light or reflected light from the subject emitted from the subject by irradiation of the near-infrared light from the near-infrared light source onto the subject are displayed. After acquisition by the dimensionally arranged pixels, the tissue at each position of the subject is identified based on the image data. Therefore, the tissue can be identified without providing a plurality of imaging devices as in the conventional device and without performing prior drug administration to the subject. It becomes possible to identify.
また、前記撮像手段は、前記近赤外光に含まれる第1の波長の透過光又は反射光の強度分布と、前記第1の波長とは異なり前記近赤外光に含まれる第2の波長の透過光又は反射光の強度分布と、を示す画像データを取得し、前記分析手段は、前記第1の波長の透過光又は反射光の強度分布及び前記第2の波長の透過光又は反射光の強度分布に基づいて、前記被検体の組織を識別する態様とすることができる。 Further, the imaging means includes an intensity distribution of transmitted light or reflected light having a first wavelength included in the near infrared light, and a second wavelength included in the near infrared light unlike the first wavelength. Image data indicating the intensity distribution of transmitted light or reflected light of the first wavelength, and the analyzing means transmits the intensity distribution of transmitted light or reflected light of the first wavelength and transmitted light or reflected light of the second wavelength. The tissue of the subject can be identified based on the intensity distribution.
複数の波長の光の透過光又は反射光の強度分布を用いて被検体の組織を識別する構成とすることで、例えば被検体の凹凸等に由来する透過光又は反射光の強度の変化の影響を低減することができ、より高い精度で被検体の組織の識別を行うことができる。 By adopting a configuration in which the tissue of the subject is identified using the intensity distribution of transmitted light or reflected light of a plurality of wavelengths, for example, the influence of changes in the intensity of transmitted light or reflected light derived from unevenness of the subject And the tissue of the subject can be identified with higher accuracy.
また、前記被検体へ照射される前記近赤外光には、波長1380nm〜1500nm及び波長1880nm〜2100nmの波長帯域の光が含まれない態様とすることができる。 In addition, the near-infrared light irradiated to the subject may not include light in a wavelength band of 1380 nm to 1500 nm and 1880 nm to 2100 nm.
波長1380nm〜1500nm及び波長1880nm〜2100nmの波長帯域の光は、水がエネルギーを吸収する割合が大きい光である。したがって、光学測定装置が上記の構成を備えることで、被検体が吸収する光のエネルギーを低減することができる。したがって、被検体が加熱されることによって熱傷等が発生することを防ぐことができる。 The light in the wavelength band of wavelengths 1380 nm to 1500 nm and wavelengths 1880 nm to 2100 nm is light in which water absorbs a large proportion of energy. Therefore, the optical measurement apparatus having the above-described configuration can reduce the energy of light absorbed by the subject. Accordingly, it is possible to prevent a burn or the like from being generated by heating the subject.
また、前記撮像手段は、波長1000nm〜1140nmから選ばれる第1の波長の透過光又は反射光の強度分布と、波長1240nm〜1300nmから選ばれる第2の波長の透過光又は反射光の強度分布と、を示す画像データを取得し、前記分析手段は、前記画像データに基づいて、前記被検体における血管の位置を特定する態様とすることができる。 Further, the imaging means includes an intensity distribution of transmitted or reflected light having a first wavelength selected from wavelengths of 1000 nm to 1140 nm, and an intensity distribution of transmitted or reflected light having a second wavelength selected from wavelengths of 1240 nm to 1300 nm. , And the analysis unit may specify a position of a blood vessel in the subject based on the image data.
上記の構成を備えることで、被検体の組織のうち、血管の位置をより簡便に識別することが可能となる。 With the above configuration, it is possible to more easily identify the position of the blood vessel in the tissue of the subject.
また、前記撮像手段は、波長1190nm〜1220nm及び波長1700nm〜1780nmから選ばれる波長の透過光又は反射光の強度分布を示す画像データを取得し、前記分析手段は、前記画像データに基づいて、前記被検体における脂質を多く含む組織又は動脈硬化部の位置を特定する態様とすることができる。 Further, the imaging means acquires image data indicating an intensity distribution of transmitted light or reflected light having a wavelength selected from a wavelength of 1190 nm to 1220 nm and a wavelength of 1700 nm to 1780 nm, and the analyzing means is based on the image data, It can be set as the aspect which pinpoints the position of the tissue or arteriosclerosis part containing many lipids in a test object.
上記の構成を備えることで、被検体の組織のうち、脂質を多く含む組織又は動脈硬化部の位置をより簡便に識別することが可能となる。 By providing the above-described configuration, it is possible to more easily identify the position of the tissue containing a large amount of lipid or the arteriosclerotic portion among the tissues of the subject.
また、前記撮像手段は、波長1490nm〜1550nm、波長1610nm〜1650nm及び波長1790nm〜1820nmから選ばれる波長の透過光又は反射光の強度分布を示す画像データを取得し、前記分析手段は、前記画像データに基づいて、前記被検体における病巣の位置を特定する態様とすることができる。 The imaging means acquires image data indicating an intensity distribution of transmitted light or reflected light having a wavelength selected from a wavelength of 1490 nm to 1550 nm, a wavelength of 1610 nm to 1650 nm, and a wavelength of 1790 nm to 1820 nm, and the analyzing means includes the image data On the basis of the above, it is possible to determine the position of the lesion in the subject.
上記の構成を備えることで、被検体の組織のうち、病巣の位置をより簡便に識別することが可能となる。 By providing the above configuration, it becomes possible to more easily identify the position of the lesion in the tissue of the subject.
また、前記撮像手段が、波長1000nm〜1140nmから選ばれる第1の波長の透過光又は反射光の強度分布と、波長1240nm〜1300nmから選ばれる第2の波長の透過光又は反射光の強度分布と、を示す第1の画像データと、前記撮像手段が、波長1190nm〜1220nm及び波長1700nm〜1780nmから選ばれる波長の透過光又は反射光の強度分布を示す第2の画像データと、を取得し、前記分析手段は、前記撮像手段より取得された前記画像データに基づいて、前記被検体における血管における脂質を多く含む組織又は動脈硬化部の位置を特定し、前記出力手段は、前記分析手段により識別された組織を示す情報を出力する態様とすることができる。 Further, the imaging means includes an intensity distribution of transmitted light or reflected light having a first wavelength selected from wavelengths of 1000 nm to 1140 nm, and an intensity distribution of transmitted light or reflected light of a second wavelength selected from wavelengths of 1240 nm to 1300 nm. , And the imaging means obtains second image data indicating intensity distribution of transmitted light or reflected light having a wavelength selected from a wavelength of 1190 nm to 1220 nm and a wavelength of 1700 nm to 1780 nm, The analysis unit identifies a position of a tissue or arteriosclerotic portion containing a large amount of lipid in a blood vessel in the subject based on the image data acquired from the imaging unit, and the output unit is identified by the analysis unit. It can be set as the aspect which outputs the information which shows the performed structure | tissue.
上記の構成を備えることで、被検体における血管における脂質を多く含む組織又は動脈硬化部の位置に係る情報を組み合わせて出力することが可能となる。 By providing the above configuration, it is possible to combine and output information related to the position of the tissue or arteriosclerotic portion containing a large amount of lipid in the blood vessel in the subject.
また、前記撮像手段は、波長1180nm〜1220nm及び波長1270nm〜1310nmから選ばれる2波長以上の透過光又は反射光の強度分布を示す画像データを取得し、前記分析手段は、前記画像データに基づいて、前記被検体における神経の位置を特定する態様とすることができる。 The imaging means acquires image data indicating intensity distribution of transmitted light or reflected light having two or more wavelengths selected from a wavelength of 1180 nm to 1220 nm and a wavelength of 1270 nm to 1310 nm, and the analyzing means is based on the image data. The mode of specifying the position of the nerve in the subject can be adopted.
上記の構成を備えることで、被検体の組織のうち、神経の位置をより簡便に識別することが可能となる。 With the above configuration, it is possible to more easily identify the position of the nerve in the tissue of the subject.
また、前記撮像手段は、波長1280nm〜1320nm及び波長1380nm〜1420nmから選ばれる2波長 以上の透過光又は反射光の強度分布を示す画像データを取得し、前記分析手段は、前記画像データに基づいて、前記被検体における筋肉の位置を特定する態様とすることができる。 Further, the imaging means acquires image data indicating an intensity distribution of transmitted or reflected light having two or more wavelengths selected from wavelengths 1280 nm to 1320 nm and wavelengths 1380 nm to 1420 nm, and the analyzing means is based on the image data. In this embodiment, the muscle position in the subject can be specified.
上記の構成を備えることで、被検体の組織のうち、筋肉の位置をより簡便に識別することが可能となる。 By providing the above configuration, it is possible to more easily identify the position of the muscle in the tissue of the subject.
本願発明に係る光学測定方法は、近赤外光源からの近赤外光の被検体への照射によって前記被検体から出射される当該被検体からの透過光又は反射光の強度分布を示す画像を撮像手段において2次元配置された画素によって取得することで画像データを取得する撮像ステップと、前記撮像ステップにおいて取得された前記画像データに基づいて、前記被検体の各位置における組織を識別する分析ステップと、前記分析ステップにより識別された組織の位置を示す情報を分析結果として出力する出力ステップと、を備える。 The optical measurement method according to the present invention provides an image showing an intensity distribution of transmitted light or reflected light from the subject emitted from the subject by irradiation of the near-infrared light from the near-infrared light source onto the subject. An imaging step of acquiring image data by acquiring with two-dimensionally arranged pixels in the imaging means, and an analysis step of identifying a tissue at each position of the subject based on the image data acquired in the imaging step And an output step of outputting information indicating the position of the tissue identified by the analysis step as an analysis result.
上記の光学測定方法によれば、近赤外光源からの近赤外光の被検体への照射によって被検体から出射される当該被検体からの透過光又は反射光の強度分布を示す画像を2次元配置された画素によって取得した後に、画像データに基づいて、被検体の各位置における組織が識別される。したがって、従来の装置のように複数の撮像装置を設けることなく、且つ被検体への事前の薬剤投与等を行うことなく、組織の識別が可能となるので、被検体内の組織をより簡便に識別することが可能となる。 According to the above optical measurement method, two images showing the intensity distribution of transmitted light or reflected light from the subject emitted from the subject by irradiation of the near-infrared light from the near-infrared light source onto the subject are displayed. After acquisition by the dimensionally arranged pixels, the tissue at each position of the subject is identified based on the image data. Therefore, the tissue can be identified without providing a plurality of imaging devices as in the conventional device and without performing prior drug administration to the subject. It becomes possible to identify.
また、前記撮像ステップにおいて、前記近赤外光に含まれる第1の波長の透過光又は反射光の強度分布と、前記第1の波長とは異なり前記近赤外光に含まれる第2の波長の透過光又は反射光の強度分布と、を示す画像データを取得し、前記分析ステップにおいて、前記第1の波長の透過光又は反射光の強度分布及び前記第2の波長の透過光又は反射光の強度分布に基づいて、前記被検体の組織を識別する態様とすることができる。 In the imaging step, the transmitted light or reflected light intensity distribution of the first wavelength included in the near infrared light and the second wavelength included in the near infrared light different from the first wavelength. Image data indicating the intensity distribution of the transmitted light or reflected light of the first wavelength, and the intensity distribution of the transmitted light or reflected light of the first wavelength and the transmitted light or reflected light of the second wavelength in the analyzing step. The tissue of the subject can be identified based on the intensity distribution.
複数の波長の光の透過光又は反射光の強度分布を用いて被検体の組織を識別する構成とすることで、例えば被検体の凹凸等に由来する透過光又は反射光の強度の変化の影響を低減することができ、より高い精度で被検体の組織の識別を行うことができる。 By adopting a configuration in which the tissue of the subject is identified using the intensity distribution of transmitted light or reflected light of a plurality of wavelengths, for example, the influence of changes in the intensity of transmitted light or reflected light derived from unevenness of the subject And the tissue of the subject can be identified with higher accuracy.
[本願発明の実施形態の詳細]
本発明に係る光学測定装置の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
[Details of the embodiment of the present invention]
Specific examples of the optical measuring device according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to these illustrations, is shown by the claim, and intends that all the changes within the meaning and range equivalent to the claim are included.
図1は、本発明の一実施形態に係る光学測定装置1の構成を示す概略説明図である。光学測定装置1は、光源10(近赤外光源)、フィルタ部20、カメラ部30(撮像手段)、分析部40(分析手段)、及び出力部50(出力手段)を含んで構成される。この光学測定装置1は、観察対象物を非侵襲で観察するためのシステムである。被検体5としては、例えば、血管内壁等が挙げられる。 FIG. 1 is a schematic explanatory diagram illustrating the configuration of an optical measurement apparatus 1 according to an embodiment of the present invention. The optical measurement apparatus 1 includes a light source 10 (near infrared light source), a filter unit 20, a camera unit 30 (imaging unit), an analysis unit 40 (analysis unit), and an output unit 50 (output unit). This optical measuring device 1 is a system for non-invasively observing an observation object. Examples of the subject 5 include a blood vessel inner wall.
光源10は、波長1000nm〜2500nmの波長域の光(近赤外光)を出射する光源である。光源10は、より広帯域の光を出射可能であるとより好ましい。光源10として、例えば、ハロゲンランプ、キセノンランプ、及びSC(Supercontinuum)光源等が好適に用いられる。 The light source 10 is a light source that emits light (near-infrared light) in a wavelength range of 1000 nm to 2500 nm. The light source 10 is more preferably capable of emitting light with a wider band. As the light source 10, for example, a halogen lamp, a xenon lamp, an SC (Supercontinuum) light source, or the like is preferably used.
光源10から出射される光は、コリメータレンズ15によりコリメートされた後、フィルタ部20に入射する。 The light emitted from the light source 10 is collimated by the collimator lens 15 and then enters the filter unit 20.
フィルタ部20は、光源10からの光の光路上に配置され、光源10から出射された光を入力し、特定波長の光のみを被検体5に対して出力する。フィルタ部20には、回折格子や波長可変フィルタ等が用いられる。図1では、フィルタ部20の一例として、複数のフィルタ21,22を含んで形成されたフィルタホイールを示している。光源10からの入射光に対し、フィルタ21,22の位置を変更することによって、特定波長の光を取り出して被検体5の観察対象となる部位に対して出力する。フィルタ部20の制御は、例えば分析部40が行う構成とすることができるが、カメラ部30と連動して動作する構成であってもよい。なお、フィルタ部20は、特定の波長を選択して撮像するための波長選択素子であれば特に限定されず、例えば、フィルタホイールに代えて、AOTF(Acousto-Optic Tunable Filter)、光路選択装置、又は、複数のバンドパスフィルタ等を用いてもよい。 The filter unit 20 is arranged on the optical path of the light from the light source 10, receives the light emitted from the light source 10, and outputs only light having a specific wavelength to the subject 5. For the filter unit 20, a diffraction grating, a wavelength tunable filter, or the like is used. In FIG. 1, a filter wheel formed by including a plurality of filters 21 and 22 is shown as an example of the filter unit 20. By changing the positions of the filters 21 and 22 with respect to the incident light from the light source 10, light of a specific wavelength is taken out and output to a site to be observed of the subject 5. The control of the filter unit 20 may be configured to be performed by the analysis unit 40, for example, but may be configured to operate in conjunction with the camera unit 30. The filter unit 20 is not particularly limited as long as it is a wavelength selection element for selecting and imaging a specific wavelength. For example, instead of a filter wheel, an AOTF (Acousto-Optic Tunable Filter), an optical path selection device, Alternatively, a plurality of band pass filters or the like may be used.
カメラ部30は、被検体5の観察部位において拡散反射された光を入力し、被検体5に係る画像を取得する手段である。具体的には、光源10からの近赤外光を被検体5に対して照射することで被検体5からの拡散反射光の強度分布を示す画像を撮像して画像データを出力する撮像手段としての機能を有する。カメラ部30には、光を電流に変換して出力するInGaAs又はHgCdTe等の受光素子が2次元に配置された受光面31が設けられる。カメラ部30において取得された上記の画像データは分析部40へ送られる。 The camera unit 30 is means for inputting light diffusely reflected at the observation site of the subject 5 and acquiring an image related to the subject 5. Specifically, as an imaging unit that captures an image showing the intensity distribution of diffuse reflected light from the subject 5 by irradiating the subject 5 with near infrared light from the light source 10 and outputs image data. It has the function of. The camera unit 30 is provided with a light receiving surface 31 in which light receiving elements such as InGaAs or HgCdTe that convert light into current and output are two-dimensionally arranged. The image data acquired by the camera unit 30 is sent to the analysis unit 40.
なお、カメラ部30は、観察対象物の各位置で生じた光のスペクトル情報を有するハイパースペクトル画像を取得する所謂ハイパースペクトルカメラであってもよい。この場合、フィルタ部20に代えて、プリズムやグリズム、回折格子、フーリエ分光器等の分光素子を含む分光器をカメラ部30に設け、入力した光を波長毎に分光した後に受光面31にて受光する構成とすることで、被検体5に係るハイパースペクトル画像を得ることができる。 Note that the camera unit 30 may be a so-called hyperspectral camera that acquires a hyperspectral image having spectral information of light generated at each position of the observation target. In this case, instead of the filter unit 20, a spectroscope including a spectroscopic element such as a prism, grism, diffraction grating, or Fourier spectroscope is provided in the camera unit 30, and the input light is separated by wavelength and then received by the light receiving surface 31. By adopting a configuration for receiving light, a hyperspectral image of the subject 5 can be obtained.
分析部40は、カメラ部30において受光された光に係る画像データに基づいて、被検体5の各位置における組織を識別する分析手段としての機能を有する。分析部40における分析の方法については後述する。分析の結果は、分析部40から出力部50へ送られる。 The analysis unit 40 has a function as analysis means for identifying the tissue at each position of the subject 5 based on the image data relating to the light received by the camera unit 30. An analysis method in the analysis unit 40 will be described later. The analysis result is sent from the analysis unit 40 to the output unit 50.
出力部50は、分析部40により識別された組織の位置を示す情報を外部へ出力する機能を有する。出力部50は、例えばモニタ等により構成される。なお、分析部40での組織の位置を示す情報を外部に出力する際に、例えば特定の組織を強調表示するための処理等を行う機能を有していてもよい。 The output unit 50 has a function of outputting information indicating the position of the tissue identified by the analysis unit 40 to the outside. The output unit 50 is configured by, for example, a monitor. In addition, when the information which shows the position of the structure | tissue in the analysis part 40 is output outside, you may have a function which performs the process etc. for highlighting a specific structure | tissue, for example.
上記の光学測定装置1による光学測定方法は以下の通りである。まず、カメラ部30において、光源10(近赤外光源)からの近赤外光の被検体への照射によって前記被検体から出射される当該被検体からの透過光又は反射光の強度分布を示す画像を2次元配置された画素によって取得することで画像データを取得する(撮像ステップ)。その後、取得された画像データに基づいて、分析部40において、被検体の各位置における組織を識別する(分析ステップ)。そして、分析部40において識別された組織の位置を示す情報を、出力部50において分析結果として出力する(出力ステップ)。 The optical measurement method using the optical measurement apparatus 1 is as follows. First, in the camera unit 30, the intensity distribution of transmitted light or reflected light from the subject emitted from the subject by irradiation of the near-infrared light from the light source 10 (near-infrared light source) to the subject is shown. Image data is acquired by acquiring an image with pixels arranged two-dimensionally (imaging step). Thereafter, based on the acquired image data, the analysis unit 40 identifies the tissue at each position of the subject (analysis step). And the information which shows the position of the structure | tissue identified in the analysis part 40 is output as an analysis result in the output part 50 (output step).
上記の光学測定装置1による分析の対象は、例えば生体組織であり、具体的には、血管、筋肉及び脂肪等である。生体におけるこれらの組織は表面からは識別が困難である。本実施形態に係る光学測定装置1は、上記の生体組織について、非侵襲で組織ごとに識別することを目的とする。 The object of analysis by the optical measuring device 1 is, for example, a living tissue, specifically, blood vessels, muscles, fats, and the like. These tissues in a living body are difficult to distinguish from the surface. The optical measurement device 1 according to the present embodiment aims to identify the above-described living tissue for each tissue non-invasively.
光学測定装置1のカメラ部30において取得された画像データに基づく分析部40における分析方法について説明する。まず、カメラ部30では、被検体5に係る画像データとして、近赤外光の波長帯域から選ばれる第1の波長及び近赤外光の波長帯域から選ばれる第2の波長における反射率に係る情報を被検体5の位置毎に取得する。すなわち、測定の際には少なくとも2種類の波長の近赤外光を光源10から被検体5に対して照射する。また、光源10からの2種類の波長の近赤外光に対する被検体5からの拡散反射光をカメラ部30ではそれぞれ受光する。これにより、被検体5の位置毎に2種類の波長における反射率に係る情報を取得することができる。なお、光学測定装置1による組織の識別は、1種類の波長の近赤外光を用いた分析でも可能である。ただし、2種類の波長の近赤外光を用いた場合、その精度が向上する。以下の実施形態では、2種類の波長の近赤外光を用いた測定について主に説明する。 An analysis method in the analysis unit 40 based on image data acquired in the camera unit 30 of the optical measurement device 1 will be described. First, in the camera unit 30, the image data relating to the subject 5 relates to the reflectance at the first wavelength selected from the near-infrared light wavelength band and the second wavelength selected from the near-infrared light wavelength band. Information is acquired for each position of the subject 5. That is, at the time of measurement, near-infrared light having at least two types of wavelengths is irradiated from the light source 10 to the subject 5. Further, the camera unit 30 receives diffusely reflected light from the subject 5 with respect to near-infrared light of two types of wavelengths from the light source 10. Thereby, the information regarding the reflectance in two types of wavelengths can be acquired for each position of the subject 5. Note that the tissue can be identified by the optical measurement device 1 by analysis using near-infrared light of one type of wavelength. However, when near infrared light of two types of wavelengths is used, the accuracy is improved. In the following embodiments, measurement using near-infrared light of two types of wavelengths will be mainly described.
上記の情報を取得するためには、被検体5に対して照射される近赤外光を1波長ずつ切り替えていき、カメラ部30において2回撮像する構成としてもよい。また、被検体5の各位置に対応したスペクトル情報を取得する構成としてもよい。この場合、スペクトル情報を利用した補正等を行うことができるため、組織の識別精度を高めることが可能となる。スペクトル情報の補正方法としては、2階微分やSNV(Standard Normal Variate:標準正規変量)処理等が挙げられる。波長方向に対する2階微分値を用いる場合、オフセット等の補正を行うことなく、組織識別に有用な情報を得ることができる。また、SNVを用いて補正を行う場合には、光源10から被検体へ照射される近赤外光の不均一性や表面凹凸形状等に由来する反射光強度の変動を除去することができる。なお、補正方法は、これらに限定されない。 In order to acquire the above information, the configuration may be such that near-infrared light irradiated to the subject 5 is switched one wavelength at a time and the camera unit 30 captures images twice. Further, it may be configured to acquire spectrum information corresponding to each position of the subject 5. In this case, it is possible to perform correction using spectral information and the like, so that tissue identification accuracy can be increased. Examples of the spectral information correction method include second-order differentiation and SNV (Standard Normal Variate) processing. When the second-order differential value with respect to the wavelength direction is used, information useful for tissue identification can be obtained without correcting offset or the like. Further, when correction is performed using SNV, it is possible to remove fluctuations in reflected light intensity due to non-uniformity of near-infrared light irradiated from the light source 10 to the subject, surface irregularities, and the like. The correction method is not limited to these.
なお、光学測定装置1において各位置に対応したスペクトル情報を取得する構成とする場合には、カメラ部30をハイパースペクトルカメラとし、ハイパースペクトル画像を取得する構成とすることが好ましい。 In addition, when it is set as the structure which acquires the spectrum information corresponding to each position in the optical measuring device 1, it is preferable to set it as the structure which uses the camera part 30 as a hyperspectral camera, and acquires a hyperspectral image.
上記の2種類の波長とは、識別したい組織に係る吸収スペクトルにおける吸収ピークに対応した第1の波長と、当該吸収ピークとは異なる波長である第2の波長とする。第1の波長の光における反射率のみを用いる場合のように1種類の波長の光に係る反射率のみを用いる場合、被検体5の凹凸やその他に由来した拡散反射光の強度が変化することを考慮できないためである。したがって、第2の波長の光における反射率も用いる。なお、吸収ピークの幅は概ね30nm以内であることから、第2の波長は、第1の波長に対して30nm以上離れていることが好ましい。なお、第1の波長と第2の波長との差は200nm以下であることが好ましい。この差が200nmよりも大きい場合、第1の波長の光における反射率及び第2の波長の光における反射率のいずれか一方のみが散乱等の他の影響を受ける可能性がある。 The above two types of wavelengths are a first wavelength corresponding to an absorption peak in an absorption spectrum related to a tissue to be identified and a second wavelength that is different from the absorption peak. When only the reflectance relating to the light of one kind of wavelength is used as in the case where only the reflectance of the light of the first wavelength is used, the intensity of the diffuse reflected light derived from the unevenness of the subject 5 and others is changed. This is because it cannot be considered. Therefore, the reflectance in the light of the second wavelength is also used. Since the width of the absorption peak is generally within 30 nm, it is preferable that the second wavelength is separated by 30 nm or more with respect to the first wavelength. Note that the difference between the first wavelength and the second wavelength is preferably 200 nm or less. When this difference is larger than 200 nm, only one of the reflectance in the light of the first wavelength and the reflectance in the light of the second wavelength may be affected by other effects such as scattering.
分析部40では、第1の波長の光における反射率及び第2の波長の光における反射率に基づいて、組織の識別を行う。具体的には、第1の波長の光における反射率と第2の波長の光における反射率との比率が所定の範囲内にあるか否かに基づいて分類を行う。 The analysis unit 40 identifies the tissue based on the reflectance of the first wavelength light and the reflectance of the second wavelength light. Specifically, the classification is performed based on whether or not the ratio of the reflectance of the first wavelength light to the reflectance of the second wavelength light is within a predetermined range.
光学測定装置1を用いた分析の実施例を参照しながら、さらに説明する。実施例として、哺乳類動物を切開し、血管、脂肪及び筋肉に係る近赤外帯域の反射率スペクトルを計測し、各波長の反射率を全波長の標準偏差で除した値を計算した結果を図2に示す。 Further description will be given with reference to an example of analysis using the optical measuring device 1. As an example, an incision is made in a mammal, the reflectance spectrum in the near-infrared band related to blood vessels, fats and muscles is measured, and the result of calculating the value obtained by dividing the reflectance of each wavelength by the standard deviation of all wavelengths is shown in FIG. It is shown in 2.
図2に示すグラフによれば、血管は波長帯域1000nm〜1140nmにおいて、周辺の筋肉及び脂肪組織より反射率が低いため、識別に利用できることがわかる。また、波長帯域1240nm〜1300nmでは、どの生体組織においても強い吸収ピークがない(緩やかなカーブである)ため、波長帯域1000nm〜1140nmにおける反射光強度に対する基準の反射光強度として利用できることがわかる。すなわち、波長帯域1000nm〜1140nmから第1の波長を選択し、波長帯域1240nm〜1300nmから第2の波長を選択すると、血管を好適に識別することができる。 According to the graph shown in FIG. 2, it can be seen that the blood vessel can be used for identification because the reflectance is lower than that of the surrounding muscle and adipose tissue in the wavelength band of 1000 nm to 1140 nm. Further, in the wavelength band 1240 nm to 1300 nm, there is no strong absorption peak in any living tissue (a gentle curve), so that it can be used as a reference reflected light intensity with respect to the reflected light intensity in the wavelength band 1000 nm to 1140 nm. That is, when the first wavelength is selected from the wavelength band 1000 nm to 1140 nm and the second wavelength is selected from the wavelength band 1240 nm to 1300 nm, the blood vessel can be suitably identified.
また、脂肪においては、特徴的な吸収ピーク(下向きのピーク)が波長帯域1190nm〜1220nm又は1700nm〜1780nmにあるため、この波長帯域の反射光強度を利用して脂肪の部分を特定することができる。脂肪の部分を特定することにより、脂質を多く含む組織又は動脈硬化部を特定することが可能となる。なお、脂質を多く含む組織とは、オイルレッドO染色で染色される組織のことを言う。また、筋肉その他については、血管又は脂肪とは識別されない領域を筋肉その他であると判断することにより、識別を行うことができる。 Further, since fat has a characteristic absorption peak (downward peak) in the wavelength band 1190 nm to 1220 nm or 1700 nm to 1780 nm, the fat portion can be specified by using the reflected light intensity in this wavelength band. . By specifying the fat portion, it is possible to specify a tissue or an arteriosclerotic portion containing a large amount of lipid. The tissue rich in lipids refers to a tissue stained with Oil Red O staining. In addition, regarding a muscle or the like, it is possible to identify a region that is not identified as a blood vessel or fat as a muscle or the like.
次に、本実施形態に係る光学測定装置1を用いて手の指の血管を観察した結果及び可視光画像を図3に示す。図3(A)は、通常の可視光画像であり、図3(B)は、光学測定装置1を用いて波長1110nm及び波長1260nmを含む波長帯域での反射スペクトルを取得し、SNV処理を行った後に、波長1260nmにおける反射率に対する波長1110nmにおける反射率の比を位置毎に求め、結果をグレースケールで画像化したものである。図3(A)の可視光画像では、指の血管の位置がはっきりと判別ができない。一方、図3(B)の画像では血管の位置が白く表示されている。すなわち、光学測定装置1を用いることで、皮膚下の表面から見ることができない血管を明瞭に表示することができることが確認された。 Next, the result of observing the blood vessels of the fingers of the hand using the optical measurement apparatus 1 according to the present embodiment and a visible light image are shown in FIG. FIG. 3A is a normal visible light image, and FIG. 3B is obtained by using the optical measurement apparatus 1 to obtain a reflection spectrum in a wavelength band including a wavelength of 1110 nm and a wavelength of 1260 nm, and performing SNV processing. After that, the ratio of the reflectance at the wavelength of 1110 nm to the reflectance at the wavelength of 1260 nm is obtained for each position, and the result is imaged in gray scale. In the visible light image of FIG. 3A, the position of the blood vessel of the finger cannot be clearly determined. On the other hand, in the image of FIG. 3B, the position of the blood vessel is displayed in white. That is, it was confirmed that by using the optical measuring device 1, blood vessels that cannot be seen from the surface under the skin can be clearly displayed.
図4は、本実施形態に係る光学測定装置1を用いて食肉の上に脂肪を載せた試料及びさらに、食肉によって食肉上の脂肪を被覆した試料を観察した結果及び可視光画像である。図4(A)(食肉上に脂肪を載せた試料)及び図4(C)(さらに、食肉によって脂肪を被覆した試料)は、通常の可視光画像であり、図4(B)(図4(A)に対応する画像)及び図4(D)(図4(C)に対応する画像)は、光学測定装置1を用いて波長1210nmを含む波長帯域での反射スペクトルを取得した後に波長1210nmにおける反射光強度の2階微分を求め、その結果をグレースケールで画像化したものである。図4(B)及び図4(D)では、脂肪が周囲の筋肉と明瞭に識別画像化できていることがわかる。特に、図4(C)及び図4(D)によれば、何らかの組織等により被覆されているために可視光では識別が困難な隠れた組織についても、本実施形態に係る光学測定装置1を用いた測定が有効であることが確認できる。 FIG. 4 is a result of observing a sample in which fat is placed on meat using the optical measurement apparatus 1 according to the present embodiment and a sample in which the fat on meat is coated with meat, and a visible light image. 4 (A) (a sample in which fat is placed on meat) and FIG. 4 (C) (a sample in which fat is coated with meat) are normal visible light images, and FIG. 4 (B) (FIG. 4). (Image corresponding to (A)) and FIG. 4 (D) (image corresponding to FIG. 4 (C)) are obtained after obtaining a reflection spectrum in a wavelength band including the wavelength 1210 nm using the optical measuring device 1. The second order derivative of the reflected light intensity at is obtained, and the result is imaged in gray scale. In FIGS. 4B and 4D, it can be seen that fat can be clearly identified and imaged from surrounding muscles. In particular, according to FIG. 4C and FIG. 4D, the optical measurement apparatus 1 according to the present embodiment is also used for a hidden tissue that is difficult to identify with visible light because it is covered with some tissue or the like. It can be confirmed that the measurement used is effective.
さらに、本実施形態に係る光学測定装置1では、分析に用いる波長を変更することで、組織に何らかの病巣がある場合の病巣部分を特定することも実現する。病巣部分としては、例えば癌化している部分等が挙げられる。ここで、光学測定装置1を用いて正常細胞及び2種類の癌細胞(癌細胞1、癌細胞2)の培養細胞を計測して得られた吸光度スペクトルの2階微分値を求めた結果を図5に示す。図5によれば、波長帯域1490nm〜1550nm、波長帯域1610nm〜1650nm及び波長帯域1790nm〜1820nmのそれぞれにおいて、癌細胞と正常細胞では異なる吸光度2階微分値を持ち、且つ、2種類の癌細胞とも正常細胞より大きい若しくは小さい値を持つことが確認された。したがって、これらの波長帯域における反射スペクトルを取得して、吸光スペクトルを算出した後に、吸光度2階微分値を求めることで、これを利用して癌の疾患部位等の病巣を特定して表示することが可能となる。 Furthermore, in the optical measuring device 1 according to the present embodiment, it is also possible to specify a lesion portion when there is a certain lesion in the tissue by changing the wavelength used for analysis. Examples of the lesion part include a cancerous part. Here, the result of obtaining the second derivative of the absorbance spectrum obtained by measuring the cultured cells of normal cells and two types of cancer cells (cancer cell 1 and cancer cell 2) using the optical measuring device 1 is shown in FIG. As shown in FIG. According to FIG. 5, in each of the wavelength band 1490 nm to 1550 nm, the wavelength band 1610 nm to 1650 nm, and the wavelength band 1790 nm to 1820 nm, the cancer cell and the normal cell have different absorbance second-order differential values, and both types of cancer cells It was confirmed to have a larger or smaller value than normal cells. Therefore, after obtaining the reflection spectrum in these wavelength bands, calculating the absorption spectrum, and obtaining the second-order absorbance value, this can be used to identify and display the lesion such as the diseased part of the cancer. Is possible.
図6では、厚さ50μmの水に対して近赤外光を照射した際の透過スペクトルを示す。図6によれば、波長帯域1380nm〜1500nm及び1880nm〜2100nmにおいて透過率が大きく減少していることから、吸収率が高いことがわかる。この図6のグラフに基づけば、波長によらず出力が一定である光源を光学測定装置1の光源10として用いた場合、波長帯域1000nm〜2400nmの光が厚さ50μmの水に吸収されるエネルギーのうちの58%が上記の波長帯域の光が吸収されたことによるものである。したがって、被検体5に対して照射する光から上記の波長帯域の光を除去することで、被検体5が吸収する光のエネルギーを低減することができる。したがって、被検体5が加熱されることによって熱傷等が発生することを防ぐことができる。 In FIG. 6, the transmission spectrum at the time of irradiating near infrared light with respect to 50 micrometers in thickness water is shown. According to FIG. 6, it can be seen that the transmittance is high because the transmittance is greatly reduced in the wavelength bands of 1380 nm to 1500 nm and 1880 nm to 2100 nm. Based on the graph of FIG. 6, when a light source having a constant output regardless of the wavelength is used as the light source 10 of the optical measuring device 1, the energy with which light having a wavelength band of 1000 nm to 2400 nm is absorbed by water having a thickness of 50 μm. Of this, 58% is due to the absorption of light in the above wavelength band. Therefore, the energy of the light absorbed by the subject 5 can be reduced by removing the light in the above wavelength band from the light irradiated to the subject 5. Therefore, it is possible to prevent a burn or the like from being generated when the subject 5 is heated.
なお、生体の組織識別を行う場合には、上記の手法を組み合わせることができる。このとき、特定の組織をより明確に識別するために、複数の波長における反射率の組み合わせに重み付けを行ってもよい。 In addition, when performing the tissue identification of a living body, the above methods can be combined. At this time, in order to identify a specific tissue more clearly, a combination of reflectances at a plurality of wavelengths may be weighted.
図7では、血管及びその周辺に係る分析を行った例を示す。図7(A)は血管及びその周辺の疑似RGB画像(可視光画像に相当する)である。血管は図7(A)では領域A1に存在する。また、図7(B)及び図7(C)は、複数波長の反射率を利用した演算を行い、グレースケールで表示したものである。具体的には、図7(B)は、光学測定装置1を用いて波長帯域1000nm〜2300nmにおいて反射スペクトルを取得し、SNV処理を行った後に、波長1658nm、波長1727nm及び波長1796nmにおける反射率を位置毎に求め、以下の数式(1):
[(波長1658nmの反射率+波長1796nmの反射率)/2−波長1727nmの反射率]/2 ・・・(1)
を算出し、結果をグレースケールで画像化したものである。上記の数式(1)により、反射率スペクトルにおける脂肪吸収ピーク(1727nm)の深さを算出することが可能であり、主に脂肪が存在する領域、すなわち図7(B)における領域A2を識別可能な数式である。しかしながら、図7(B)では、血管を示す領域A1は識別しづらくなっているという問題がある。
In FIG. 7, the example which performed the analysis which concerns on the blood vessel and its periphery is shown. FIG. 7A is a pseudo RGB image (corresponding to a visible light image) of a blood vessel and its surroundings. The blood vessel exists in region A1 in FIG. FIG. 7B and FIG. 7C show calculations using a reflectance of a plurality of wavelengths and are displayed in gray scale. Specifically, FIG. 7B shows a reflectance spectrum at a wavelength of 1658 nm, a wavelength of 1727 nm, and a wavelength of 1796 nm after obtaining a reflection spectrum in the wavelength band of 1000 nm to 2300 nm using the optical measurement apparatus 1 and performing SNV processing. Obtained for each position, the following formula (1):
[(Reflectance at wavelength 1658 nm + Reflectivity at wavelength 1796 nm) / 2−Reflectivity at wavelength 1727 nm] / 2 (1)
And the result is imaged in grayscale. It is possible to calculate the depth of the fat absorption peak (1727 nm) in the reflectance spectrum by the above formula (1), and it is possible to identify the region where fat mainly exists, that is, the region A2 in FIG. It is a mathematical formula. However, in FIG. 7B, there is a problem that it is difficult to identify the region A1 indicating the blood vessel.
これに対して、図7(C)では、上記の数式(1)に対してヘモグロビンの吸収に対応した項と強調度合いを調節するための係数とを含めた以下の数式(2):
5×(波長1286nmの反射率/波長1109nmの反射率)×[(波長1658nmの反射率+波長1796nmの反射率)/2−波長1727nmの反射率]/2 ・・・(2)
を算出し、結果をグレースケールで画像化した。上記の数式(2)のうち5は強調度合いを調節するための係数であり、(波長1286nmの反射率/波長1109nmの反射率)は、ヘモグロビンの吸収を強調するための項である。この結果、図7(C)では、脂肪に対応する領域A2に対して血管に対応する領域A1を強調することができているため、血管内の脂質を多く含む組織すなわち動脈硬化部をより明瞭に識別することができる。
On the other hand, in FIG. 7C, the following formula (2) including a term corresponding to the absorption of hemoglobin and a coefficient for adjusting the degree of enhancement with respect to the above formula (1):
5 × (Reflectance at wavelength 1286 nm / Reflectivity at wavelength 1109 nm) × [(Reflectance at wavelength 1658 nm + Reflectivity at wavelength 1796 nm) / 2−Reflectance at wavelength 1727 nm] / 2 (2)
And the results were imaged in grayscale. In the above formula (2), 5 is a coefficient for adjusting the enhancement degree, and (reflectance at wavelength 1286 nm / reflectivity at wavelength 1109 nm) is a term for enhancing absorption of hemoglobin. As a result, in FIG. 7C, since the region A1 corresponding to the blood vessel can be emphasized with respect to the region A2 corresponding to fat, the tissue containing a large amount of lipid in the blood vessel, that is, the arteriosclerotic portion is more clearly shown Can be identified.
このように、特に識別したい組織がある場合、それを強調することができるように、複数波長の反射率を用いた演算を行うことが好ましい。図7に示す例では、波長1658nm、波長1727nm及び波長1796nmにおける反射率を利用している。このように、図7に示す分析例では、波長1658nm及び波長1727nmの2つの波長を第1の波長として利用し、波長1796nmを第2の波長として用いている。図7に示すように血管及びその周辺の分析を行う場合には、波長1658nmを含む波長帯域1650nm〜1670nmから選ばれる波長と、波長1727nmを含む波長帯域1720nm〜1740nmから選ばれる波長と、を第1の波長とし、当該第1の波長における反射率を組み合わせて分析に用いることができる。また、波長1796nmを含む波長帯域1790nm〜1810nmから選ばれる波長を第2の波長とし、当該第2の波長における反射率を分析に用いることができる。 In this way, when there is a tissue to be identified in particular, it is preferable to perform an operation using reflectances of a plurality of wavelengths so that it can be emphasized. In the example shown in FIG. 7, reflectances at a wavelength of 1658 nm, a wavelength of 1727 nm, and a wavelength of 1796 nm are used. As described above, in the analysis example illustrated in FIG. 7, the two wavelengths of the wavelength 1658 nm and the wavelength 1727 nm are used as the first wavelength, and the wavelength 1796 nm is used as the second wavelength. When performing analysis of the blood vessel and its surroundings as shown in FIG. 7, the wavelength selected from the wavelength band 1650 nm to 1670 nm including the wavelength 1658 nm and the wavelength selected from the wavelength band 1720 nm to 1740 nm including the wavelength 1727 nm The wavelength of 1 can be used, and the reflectance at the first wavelength can be combined for use in the analysis. In addition, a wavelength selected from a wavelength band of 1790 nm to 1810 nm including a wavelength of 1796 nm can be used as a second wavelength, and reflectance at the second wavelength can be used for analysis.
図8にブタ組織の反射率スペクトルを標準正規変量に変換したスペクトルのグラフを示す。図8によると、波長1180nm〜1220nm及び波長1270nm〜1310nmにおけるスペクトルが神経、筋肉、脂肪及び血管壁のそれぞれで異なっている。したがって、特に上記の波長帯域を選択することで神経の画像化が可能となる。また、反射率スペクトルの標準正規変量の1200nmにおける値を1290nmにおける値で除した値の分布を示した結果を図9に示す。図9(A)は、ブタ組織に係る可視画像であり、図9(B)は、図9(A)と同じ領域について、反射率スペクトルの標準正規変量の1200nmにおける値を1290nmにおける値で除した値の分布を示した画像である。図9に示すように、標準正規変量を用いて得られる数値を画像化することにより、神経の位置を特定可能である。 FIG. 8 shows a graph of a spectrum obtained by converting the reflectance spectrum of pig tissue into a standard normal variable. According to FIG. 8, the spectra at wavelengths of 1180 nm to 1220 nm and wavelengths of 1270 nm to 1310 nm are different among nerves, muscles, fats, and blood vessel walls. Therefore, it is possible to image nerves by selecting the above wavelength band. Further, FIG. 9 shows the result of showing the distribution of values obtained by dividing the standard normal variable of the reflectance spectrum at 1200 nm by the value at 1290 nm. FIG. 9 (A) is a visible image relating to pig tissue, and FIG. 9 (B) is the same region as FIG. 9 (A), and the value of the standard normal variable of the reflectance spectrum at 1200 nm is divided by the value at 1290 nm. It is the image which showed distribution of the measured value. As shown in FIG. 9, the position of the nerve can be specified by imaging the numerical value obtained using the standard normal variable.
また、同じくブタ組織の反射率吸光度スペクトルの2次微分のグラフを図10に示す。図10によると、波長1280nm〜1320nm及び波長1380nm〜1420nmでの2次微分値は、筋肉とその他の組織との間で異なっている。したがって、2次微分値及びその他組織間での差が無い波長をリファレンスとして計算した値を画像化することにより筋肉の位置を特定することが可能となる。 Similarly, a graph of the second derivative of the reflectance absorbance spectrum of pig tissue is shown in FIG. According to FIG. 10, the secondary differential values at wavelengths of 1280 nm to 1320 nm and wavelengths of 1380 nm to 1420 nm are different between muscle and other tissues. Therefore, it is possible to specify the position of the muscle by imaging the value calculated using the secondary differential value and other wavelengths with no difference between tissues as a reference.
なお、出力部50において、分析部40による分析の結果を出力する際には、被検体5の位置毎の演算結果を画像として出力する構成としてもよい。また、例えば、被検体5の可視光画像を他の装置で撮像する場合には、光学測定装置1による演算結果を画像化したものと、他の装置で撮像された可視光画像とを並べて又は重ね合わせて表示する構成としてもよい。このように、出力部50による演算結果の出力方法は適宜変更することができる。 The output unit 50 may output the calculation result for each position of the subject 5 as an image when the result of the analysis by the analysis unit 40 is output. In addition, for example, when a visible light image of the subject 5 is captured by another device, an image of a calculation result by the optical measurement device 1 and a visible light image captured by another device are arranged side by side or A configuration in which the images are displayed in a superimposed manner may be used. As described above, the method of outputting the calculation result by the output unit 50 can be changed as appropriate.
以上のように、上記の光学測定装置1及び光学測定装置1による光学測定方法によれば、光源10からの近赤外光の被検体への照射によって被検体から出射される当該被検体5からの反射光の強度分布を示す画像を受光面31に2次元配置された画素によって取得した後に、分析部40において画像データに基づいて、被検体5の各位置における組織が識別されて、その結果が出力部50から出力される。したがって、従来の装置のように複数の撮像装置を設けることなく、且つ被検体への事前の薬剤投与等を行うことなく、組織の識別が可能となるので、被検体内の組織をより簡便に識別することが可能となる。特に、被検体5の撮像から出力までをリアルタイムで実行する構成とした場合、例えば、手術中に医師が被検体5の内部組織の種類を確認しながら処置を行うことが可能となる。 As described above, according to the optical measurement device 1 and the optical measurement method using the optical measurement device 1 described above, the subject 5 emitted from the subject by irradiation of the near-infrared light from the light source 10 onto the subject is used. After the image showing the intensity distribution of the reflected light is acquired by the pixels two-dimensionally arranged on the light receiving surface 31, the analysis unit 40 identifies the tissue at each position of the subject 5 based on the image data, and as a result Is output from the output unit 50. Therefore, the tissue can be identified without providing a plurality of imaging devices as in the conventional device and without performing prior drug administration to the subject. It becomes possible to identify. In particular, when the configuration from the imaging to the output of the subject 5 is executed in real time, for example, a doctor can perform treatment while confirming the type of the internal tissue of the subject 5 during surgery.
また、上述したように、組織の識別に用いる波長を選択することで、血管の位置を示す情報、脂質を多く含む組織又は動脈硬化部の位置を示す情報、及び、病巣の位置を示す情報を求めることが可能となる。さらに、これらの情報に基づいて、筋肉の位置を示す情報を得ることも可能となる。この場合、出力部50から、複数の情報を組み合わせて出力することで、光学測定装置1のユーザは複数の種類の組織の識別を一度に認識することができる。 In addition, as described above, by selecting the wavelength used for tissue identification, information indicating the position of the blood vessel, information indicating the position of the tissue or arteriosclerotic portion containing a large amount of lipid, and information indicating the position of the lesion are obtained. It can be obtained. Further, it is possible to obtain information indicating the position of the muscle based on these pieces of information. In this case, by outputting a combination of a plurality of information from the output unit 50, the user of the optical measurement device 1 can recognize the identification of a plurality of types of tissues at a time.
また、光学測定装置1において被検体5に照射される近赤外光には波長1380nm〜1500nm及び波長1880nm〜2100nmの波長帯域の光が含まれない構成とすることで、被検体が吸収する光のエネルギーを低減することができる。したがって、被検体が加熱されることによって熱傷等が発生することを防ぐことができる。 Further, the near-infrared light irradiated to the subject 5 in the optical measurement apparatus 1 does not include light in the wavelength bands of wavelengths 1380 nm to 1500 nm and wavelengths 1880 nm to 2100 nm, so that light absorbed by the subject is absorbed. Energy can be reduced. Accordingly, it is possible to prevent a burn or the like from being generated by heating the subject.
なお、本発明に係る光学測定装置は上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態のように光学測定装置1における光源10、フィルタ部20、カメラ部30、分析部40、及び出力部50の配置は特に限定されない。例えば、上記実施形態では、光源10とカメラ部30とが被検体5に対して同じ側に配置されている例を示したが、光源10とカメラ部30とが被検体5に対して互いに異なる側に配置されていてもよい。この場合、カメラ部30は、光源10からの近赤外光が被検体5を通過した後の透過光を撮像する構成とすることができる。上記実施形態では、カメラ部30において拡散反射光を撮像して、反射率を用いて演算を行ったが、カメラ部30において透過光を撮像する場合には、透過光の強度分布を利用して吸収率又は透過率を用いて組織を識別することが好ましい。 The optical measuring device according to the present invention is not limited to the above embodiment. For example, the arrangement of the light source 10, the filter unit 20, the camera unit 30, the analysis unit 40, and the output unit 50 in the optical measurement apparatus 1 is not particularly limited as in the above embodiment. For example, in the above-described embodiment, an example in which the light source 10 and the camera unit 30 are arranged on the same side with respect to the subject 5 has been described, but the light source 10 and the camera unit 30 are different from each other with respect to the subject 5. It may be arranged on the side. In this case, the camera unit 30 can be configured to image the transmitted light after the near infrared light from the light source 10 passes through the subject 5. In the above-described embodiment, the diffuse reflection light is imaged by the camera unit 30 and the calculation is performed using the reflectance. However, when the transmitted light is imaged by the camera unit 30, the intensity distribution of the transmitted light is used. It is preferred to identify the tissue using absorption or transmission.
また、フィルタ部20は、光源10とカメラ部30との間の光路上のいずれかに配置されていればよい。ただし、被検体5よりも光源10側、すなわち図1に示す配置とした場合、被検体5に対して照射する光の波長を制限することができるため、被検体5に対して照射する光の光量を低減することができる。 Moreover, the filter part 20 should just be arrange | positioned in either on the optical path between the light source 10 and the camera part 30. FIG. However, when the light source 10 side of the subject 5 is arranged, that is, in the arrangement shown in FIG. 1, the wavelength of light irradiated on the subject 5 can be limited. The amount of light can be reduced.
1…光学測定装置、10…光源、20…フィルタ部、30…カメラ部、40…分析部、50…出力部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical measuring device, 10 ... Light source, 20 ... Filter part, 30 ... Camera part, 40 ... Analysis part, 50 ... Output part.
Claims (11)
前記近赤外光の被検体への照射によって前記被検体から出射される当該被検体からの透過光又は反射光の強度分布を示す画像を2次元配置された画素によって取得することで画像データを取得する撮像手段と、
前記画像データに基づいて、前記被検体の各位置における組織を識別する分析手段と、
前記分析手段により識別された組織の位置を示す情報を分析結果として出力する出力手段と、
を備える光学測定装置。 A near-infrared light source that emits near-infrared light; and
Image data is obtained by obtaining an image showing an intensity distribution of transmitted light or reflected light from the subject emitted from the subject by irradiation of the near-infrared light with the two-dimensionally arranged pixels. Imaging means to obtain;
Analysis means for identifying the tissue at each position of the subject based on the image data;
Output means for outputting information indicating the position of the tissue identified by the analysis means as an analysis result;
An optical measuring device.
前記分析手段は、前記第1の波長の透過光又は反射光の強度分布及び前記第2の波長の透過光又は反射光の強度分布に基づいて、前記被検体の組織を識別する請求項1に記載の光学測定装置。 The imaging means includes an intensity distribution of transmitted light or reflected light having a first wavelength included in the near-infrared light, and transmission of a second wavelength included in the near-infrared light, which is different from the first wavelength. Obtaining image data indicating the intensity distribution of light or reflected light,
The analysis unit identifies the tissue of the subject based on the intensity distribution of the transmitted light or reflected light of the first wavelength and the intensity distribution of the transmitted light or reflected light of the second wavelength. The optical measuring device described.
前記分析手段は、前記画像データに基づいて、前記被検体における血管の位置を特定する請求項1〜3のいずれか一項に記載の光学測定装置。 The imaging means includes an intensity distribution of transmitted light or reflected light having a first wavelength selected from wavelengths of 1000 nm to 1140 nm, and an intensity distribution of transmitted light or reflected light of a second wavelength selected from wavelengths of 1240 nm to 1300 nm. Get the image data
The optical measurement apparatus according to claim 1, wherein the analysis unit specifies a position of a blood vessel in the subject based on the image data.
前記分析手段は、前記画像データに基づいて、前記被検体における脂質を多く含む組織又は動脈硬化部の位置を特定する請求項1〜3のいずれか一項に記載の光学測定装置。 The imaging means acquires image data indicating an intensity distribution of transmitted light or reflected light having a wavelength selected from a wavelength of 1190 nm to 1220 nm and a wavelength of 1700 nm to 1780 nm,
The optical measurement apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the analysis unit specifies a position of a tissue or an arteriosclerotic portion containing a large amount of lipid in the subject based on the image data.
前記分析手段は、前記画像データに基づいて、前記被検体における病巣の位置を特定する請求項1〜3のいずれか一項に記載の光学測定装置。 The imaging means acquires image data indicating the intensity distribution of transmitted or reflected light having a wavelength selected from a wavelength of 1490 nm to 1550 nm, a wavelength of 1610 nm to 1650 nm, and a wavelength of 1790 nm to 1820 nm,
The optical measurement apparatus according to claim 1, wherein the analysis unit specifies a position of a lesion in the subject based on the image data.
前記分析手段は、前記撮像手段より取得された前記画像データに基づいて、前記被検体における血管における脂質を多く含む組織又は動脈硬化部の位置を特定し、
前記出力手段は、前記分析手段により識別された組織を示す情報を出力する請求項1に記載の光学測定装置。 The imaging means includes an intensity distribution of transmitted light or reflected light having a first wavelength selected from wavelengths of 1000 nm to 1140 nm, and an intensity distribution of transmitted light or reflected light of a second wavelength selected from wavelengths of 1240 nm to 1300 nm. First image data shown, and the imaging means acquires second image data showing intensity distribution of transmitted light or reflected light having a wavelength selected from a wavelength of 1190 nm to 1220 nm and a wavelength of 1700 nm to 1780 nm,
The analysis unit specifies a position of a tissue or arteriosclerosis portion containing a large amount of lipid in a blood vessel in the subject based on the image data acquired from the imaging unit,
The optical measurement apparatus according to claim 1, wherein the output unit outputs information indicating the tissue identified by the analysis unit.
前記分析手段は、前記画像データに基づいて、前記被検体における神経の位置を特定する請求項1〜3のいずれか一項に記載の光学測定装置。 The imaging means obtains image data indicating intensity distribution of transmitted light or reflected light having two or more wavelengths selected from wavelengths 1180 nm to 1220 nm and wavelengths 1270 nm to 1310 nm,
The optical measurement apparatus according to claim 1, wherein the analysis unit specifies a position of a nerve in the subject based on the image data.
前記分析手段は、前記画像データに基づいて、前記被検体における筋肉の位置を特定する請求項1〜3のいずれか一項に記載の光学測定装置。 The imaging means acquires image data indicating intensity distribution of transmitted light or reflected light of two or more wavelengths selected from wavelengths 1280 nm to 1320 nm and wavelengths 1380 nm to 1420 nm,
The optical measurement apparatus according to claim 1, wherein the analysis unit specifies a position of a muscle in the subject based on the image data.
前記撮像ステップにおいて取得された前記画像データに基づいて、前記被検体の各位置における組織を識別する分析ステップと、
前記分析ステップにより識別された組織の位置を示す情報を分析結果として出力する出力ステップと、
を備える光学測定方法。 Pixels that are two-dimensionally arranged in the imaging means for an image showing an intensity distribution of transmitted light or reflected light from the subject emitted from the subject by irradiation of the subject with near-infrared light from a near-infrared light source An imaging step of acquiring image data by acquiring
An analysis step for identifying a tissue at each position of the subject based on the image data acquired in the imaging step;
An output step of outputting information indicating the position of the tissue identified by the analysis step as an analysis result;
An optical measurement method comprising:
前記分析ステップにおいて、前記第1の波長の透過光又は反射光の強度分布及び前記第2の波長の透過光又は反射光の強度分布に基づいて、前記被検体の組織を識別する請求項10に記載の光学測定方法。 In the imaging step, the transmitted light or reflected light intensity distribution of the first wavelength included in the near-infrared light and the transmission of the second wavelength included in the near-infrared light different from the first wavelength. Obtaining image data indicating the intensity distribution of light or reflected light,
11. The tissue of the subject is identified in the analysis step based on an intensity distribution of transmitted light or reflected light of the first wavelength and an intensity distribution of transmitted light or reflected light of the second wavelength. The optical measurement method described.
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