JP4040224B2 - Blood vessel imaging device and pulse wave signal spatial distribution measuring method and device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、血管を画像化して示す装置に関し、特に詳細には、動脈を静脈と明確に区別して画像化する装置に関するものである。
【0002】
また本発明は、生体の動脈波を示す脈波信号の空間分布を測定する装置に関するものである。
【0003】
【従来の技術】
臨床においては、動脈と静脈の一方を他方と識別して(特に動脈を静脈から区別して)画像化する要求が広く存在する。例えば、動脈硬化は一般に末梢部から起こるので、この末梢部の動脈内径像を静脈像と識別して画像化できれば、それは動脈硬化に対する診断情報として活用することができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来、血管を画像化して示す装置としては、X線血管造影撮影装置が広く知られている。しかしこのX線血管造影撮影は被検者に対する負荷が大きく、その実施には入院を伴うのが普通で、外来で簡単に行なうのは難しいという問題がある。
【0005】
それに対して、日本ME学会雑誌BME Vol.8,No.5,1994,pp41〜50に示されるように、光透視によって生体の部位を画像化する技術も提案されている。しかしこの光透視による画像化技術では、動脈を静脈と明確に区別して画像化することは極めて困難となっている。
【0006】
また従来、動脈波を示す情報のみを抽出する方法として、2波長の計測光を生体に照射し、生体を経た各計測光の検出信号において脈波振幅量の対数値を求め、それらの対数値の比に基づいて脈波成分を求める、という方法が知られている。しかしこのように計測光を直接検出する方法では、脈波情報を示す脈波信号の空間分布を求めることは不可能となっている。
【0007】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、被検者に対する負荷が少なく、動脈を静脈と明確に区別して画像化することができる装置を提供することを目的とする。
【0008】
また本発明は、生体の動脈波を示す脈波信号の空間分布を測定できる装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明による第1および第2の血管の画像化装置は、散乱媒体である生体に対して高い空間分解能が確保できるように画像化に光ヘテロダイン検出を適用した上で、この光ヘテロダイン検出系の出力信号は、計測光が動脈部分を照射している際には動脈特有の脈波によって変調を受けることを利用して、動脈を脈波の無い静脈と区別して画像化するようにしたものである。
【0010】
すなわち、具体的に本発明による第1の血管の画像化装置は、
生体に入射する計測光を発する光源手段と、
この計測光を前記生体に対して走査させる走査手段と、
前記計測光の一部を前記生体に入射する前の光路から分岐した後、前記生体から出射した計測光と合成する光学系、前記分岐がなされて2系統の光路を進む該計測光に互いに周波数差を与える周波数シフター、および前記合成がなされた計測光のビート成分を検出する手段を備えてなる光ヘテロダイン検出系と、
この光ヘテロダイン検出系の出力信号に含まれるビート信号に対する、脈波帯域信号の強度比に基づいて画像信号を生成する画像信号生成手段とから構成されたことを特徴とするものである。
【0011】
なお上記の構成においては、光ヘテロダイン検出系の出力信号を周波数分析する手段が設けられるとともに、
画像信号生成手段が、この周波数分析手段により周波数軸上で互いに分離されたビート信号および脈波帯域信号から、前記強度比を求めるように構成されるのが望ましい。
【0012】
さらに上記画像信号生成手段は、前記信号の強度比が所定の閾値よりも大である場合に、生体の動脈部分を示す画像信号を生成するように構成されるのが望ましい。
【0013】
また、本発明による第2の血管の画像化装置は、前述したものと同様の光源手段、走査手段、および光ヘテロダイン検出系に加えて、この光ヘテロダイン検出系の出力信号に含まれるビート信号の、脈波帯域周波数での変調度に基づいて画像信号を生成する画像信号生成手段が設けられてなるものである。
【0014】
なおこの第2の血管の画像化装置においては、
生体の脈波を検出する脈波検出手段が設けられるとともに、
画像信号生成手段が、この脈波検出手段の出力信号に基づいて、ビート信号が所定位相にあるときの信号値をサンプリングするように構成されるのが望ましい。
【0015】
また上記画像信号生成手段は、前記変調度が所定の閾値よりも大である場合に、生体の動脈部分を示す画像信号を生成するように構成されるのが望ましい。
【0016】
さらに、上記2つのタイプの血管の画像化装置のいずれにおいても、
光源手段として、前記計測光を発する複数の発光部が1次元または2次元的に並設されてなるものが用いられるとともに、
光ヘテロダイン検出系として、前記複数の発光部からの計測光の各々のビート成分を並列検出可能なものが用いられて、
これらの光源手段および光ヘテロダイン検出系により、前記走査手段の少なくとも一部が構成されるのが好ましい。
【0017】
さらに本発明による第3の血管の画像化装置は、散乱媒体である生体に対して高い空間分解能が確保できるように画像化に光ヘテロダイン検出を適用した上で、この光ヘテロダイン検出系を互いに計測光波長を異なるものとして2系統設け、それらの光ヘテロダイン検出系の出力信号から計測光照射部の酸素飽和度を知り、この酸素飽和度は静脈よりも動脈においてより高いことを利用して、動脈を静脈と区別して画像化するようにしたものである。
【0018】
すなわち、具体的に本発明による第3の血管の画像化装置は、
互いに波長が異なる第1の計測光および第2の計測光を発する光源手段と、
前記第1の計測光および第2の計測光を、互いに生体の同一部分に入射させる入射光学系と、
前記第1の計測光および第2の計測光を、前記生体に対して走査させる走査手段と、
前記第1の計測光の一部を前記生体に入射する前の光路から分岐した後、前記生体から出射した第1の計測光と合成する光学系、前記分岐がなされて2系統の光路を進む該第1の計測光に互いに周波数差を与える周波数シフター、および前記合成がなされた第1の計測光のビート成分を検出する手段を備えてなる第1の光ヘテロダイン検出系と、
前記第2の計測光の一部を前記生体に入射する前の光路から分岐した後、前記生体から出射した第2の計測光と合成する光学系、前記分岐がなされて2系統の光路を進む該第2の計測光に互いに周波数差を与える周波数シフター、および前記合成がなされた第2の計測光のビート成分を検出する手段を備えてなる第2の光ヘテロダイン検出系と、
この第2の光ヘテロダイン検出系および前記第1の光ヘテロダイン検出系がそれぞれ出力したビート成分検出信号から酸素飽和度と一義的に対応する特性値(勿論、酸素飽和度そのものであっても構わない)を算出し、この特性値に基づいて画像信号を生成する画像信号生成手段とから構成されたものである。
【0019】
なお上記の画像信号生成手段は、例えば、前記第1の光ヘテロダイン検出系および第2の光ヘテロダイン検出系がそれぞれ出力したビート成分検出信号の、脈波による振幅量の対数値の比を前記特性値として画像信号を生成するように構成することができる。
【0020】
このように、脈波による振幅量の対数値の比に基づいて画像信号を生成する場合は、例えば、
第1の光ヘテロダイン検出系および第2の光ヘテロダイン検出系がそれぞれ出力したビート成分検出信号から、脈波帯域の周波数の変調成分を抽出するフィルター手段と、
このフィルター手段によって抽出された信号のレベルを測定するレベル測定手段とを設け、
画像信号生成手段を、このレベル測定手段の出力信号に基づいて脈波による振幅量を求めるように構成すればよい。
【0021】
また、このように構成する代わりに、
生体の脈波を検出する脈波検出手段と、
この脈波検出手段の出力信号に基づいて、前記ビート成分検出信号がピーク値およびボトム値を取るタイミングで該信号の値をサンプリングする手段とを設ける一方、
画像信号生成手段を、上記のサンプリングされた信号値から脈波による振幅量を求めるように構成してもよい。
【0022】
一方、前記第1の計測光および第2の計測光の波長はそれぞれ760nm、930nmとされるのが望ましい。
【0023】
また本発明による第3の血管の画像化装置においては、画像信号生成手段が、酸素飽和度80〜90%に対応する前記特性値を算出した際に、生体の動脈部分を示す画像信号を生成するように構成されるのが望ましい。
【0024】
さらに本発明による第3の血管の画像化装置においては、
前記光源手段として、前記計測光を発する複数の発光部が1次元または2次元的に並設されてなるものが用いられるとともに、
前記第1および第2の光ヘテロダイン検出系として、前記複数の発光部からの計測光の各々のビート成分を並列検出可能なものが用いられて、
これらの光源手段および光ヘテロダイン検出系が、前記走査手段の少なくとも一部を構成することが望ましい。
【0025】
一方、本発明による第1の脈波信号の空間分布測定装置は、
生体に入射する計測光を発する光源手段と、
前記計測光の一部を前記生体に入射する前の光路から分岐した後、前記生体から出射した計測光と合成する光学系、前記分岐がなされて2系統の光路を進む該計測光に互いに周波数差を与える周波数シフター、および前記合成がなされた計測光のビート成分を検出する手段を備えてなる光ヘテロダイン検出系と、
この光ヘテロダイン検出系の出力信号から前記生体の脈波を示す脈波信号を形成する脈波信号生成手段とからなることを特徴とするものである。
【0026】
なお上記の脈波信号生成手段としてさらに具体的には、前記光ヘテロダイン検出系の出力信号に含まれるビート信号に対する、脈波帯域信号の強度比に基づいて前記脈波信号を生成するものが用いられる。そのような脈波信号生成手段は、前記信号の強度比が所定の閾値よりも大である場合に、生体の動脈波を示す脈波信号を生成するように構成されるのが望ましい。
【0027】
また本発明による第2の脈波信号の空間分布測定装置は、第1の脈波信号の空間分布測定装置と比べると、上記の脈波信号生成手段に代えて、光ヘテロダイン検出系の出力信号に含まれるビート信号の、脈波帯域周波数での変調度が所定の閾値よりも大である場合に、生体の動脈波を示す脈波信号を生成するように構成された脈波信号生成手段が用いられた形のものである。
【0028】
また、本発明による第3の脈波信号の空間分布測定装置は、
互いに波長が異なる第1の計測光および第2の計測光を発する光源手段と、
前記第1の計測光および第2の計測光を、互いに生体の同一部分に入射させる入射光学系と、
前記第1の計測光および第2の計測光を、前記生体に対して走査させる走査手段と、
前記第1の計測光の一部を前記生体に入射する前の光路から分岐した後、前記生体から出射した第1の計測光と合成する光学系、前記分岐がなされて2系統の光路を進む該第1の計測光に互いに周波数差を与える周波数シフター、および前記合成がなされた第1の計測光のビート成分を検出する手段を備えてなる第1の光ヘテロダイン検出系と、
前記第2の計測光の一部を前記生体に入射する前の光路から分岐した後、前記生体から出射した第2の計測光と合成する光学系、前記分岐がなされて2系統の光路を進む該第2の計測光に互いに周波数差を与える周波数シフター、および前記合成がなされた第2の計測光のビート成分を検出する手段を備えてなる第2の光ヘテロダイン検出系と、
この第2の光ヘテロダイン検出系および前記第1の光ヘテロダイン検出系がそれぞれ出力したビート成分検出信号から酸素飽和度と一義的に対応する特性値を算出し、この特性値に基づいて前記生体の脈波を示す脈波信号を形成する脈波信号生成手段とからなることを特徴とするものである。
【0029】
なお、この第3の脈波信号の空間分布測定装置において、上記画像信号生成手段としては、前記第1の光ヘテロダイン検出系および第2の光ヘテロダイン検出系がそれぞれ出力したビート成分検出信号の、脈波による振幅量の対数値の比を前記特性値として脈波信号を生成するものが好適に用いられ得る。
【0030】
またこの第3の脈波信号の空間分布測定装置において、第1の計測光の波長λ1および第2の計測光の波長λ2はそれぞれ600nm<λ1<805nm、805nm<λ2<1100nmの範囲にあることが望ましい。そして特に望ましくは、第1の計測光の波長λ1は760nm、第2の計測光の波長λ2は930nmとされる。
【0032】
【発明の効果】
まず、本発明による第1および第2の血管の画像化装置の作用について説明する。
【0033】
上述のような光ヘテロダイン検出系が出力するビート成分検出信号(ビート信号)は、散乱媒体である生体の散乱の影響を除いて、生体を透過して来た直進光成分あるいはそれに近い散乱光成分のみの強度を示すものとなる。
【0034】
そして、動脈部分と静脈部分の識別は、以下のようにしてなされ得る。計測光が動脈部分を照射しているとき、光ヘテロダイン検出系の出力信号は図5に概略を示す通り、動脈脈波による周波数1Hz程度の信号(脈波信号)aと、ビート信号bとが重畳したものとなる。計測光が静脈部分を照射しているときは、基本的に脈波信号aは発生しない。
【0035】
時間軸上で図5のように変化する出力信号を、ある時間においてサンプリングして周波数分析すると、図2のようなスペクトルが得られる。この図2中にAで示すのが脈波信号成分で、Bで示すのがビート信号成分である。これらの脈波信号およびビート信号の強度は、図中に実線および破線で示すように脈動にともなって変動し、さらには、生体組織で計測光が散乱、吸収されて減衰すれば、それに応じて変動する。
【0036】
しかし、このようにして脈波信号およびビート信号の強度が変動しても、それらの強度比は基本的に不変であるので、例えばビート信号強度に対する脈波帯域信号の強度比がある程度以上となっていれば、その場合は脈波信号が生じている、つまり計測光が動脈部分を照射していると考えることができる。このように、光ヘテロダイン検出系の出力信号を計測光の走査にともなって空間分解して、各走査点毎に動脈部分あるいはそれ以外の部分を示す画像信号を生成すれば、この画像信号に基づいて動脈部分を画像化することができる。
【0037】
一例として画像信号生成手段が、ビート信号に対する脈波帯域信号の強度比が所定の閾値よりも大である場合に比較的高濃度(低輝度)を担持する画像信号を生成し、該強度比が所定の閾値以下である場合は比較的低濃度(高輝度)を担持する画像信号を生成するように構成されていれば、それらの画像信号に基づいて、比較的低濃度のバックグラウンド上に動脈部分のみが比較的高濃度で示された画像を得ることができる。
【0038】
またそれに限らず、ビート信号に対する脈波帯域信号の強度比が大きいほどより高濃度を担持する画像信号を生成する等しても、動脈部分が他の部分とは明確に区別できる高濃度で示された画像を得ることができる。
【0039】
一方、図5に示した波形の信号をバンドパスフィルターに通す等してビート信号bを抽出すると、その時間軸上での変化の様子は、図4に示すようなものとなる。このビート信号bは、計測光が動脈部分を照射している場合は、脈波信号による変調を受けて図示の通りに強度が周期的に変化する。
【0040】
この周期的変化におけるピーク部の信号強度をIF(H)とし、ボトム部の信号強度をIF(L)としたとき{IF(H)−IF(L)}/{IF(H)+IF(L)}で表されるビート信号の変調度は、前述した計測光の散乱、吸収による減衰に起因して脈波信号およびビート信号の強度が変動しても、それに拘わらず基本的に不変である。そこで、脈波帯域周波数での変調度がある程度以上となっていれば、その場合は計測光が動脈部分を照射していると考えることができる。
【0041】
このように、光ヘテロダイン検出系の出力信号を計測光の走査にともなって空間分解して、各走査点毎に動脈部分あるいはそれ以外の部分を示す画像信号を生成すれば、この画像信号に基づいて動脈部分を画像化することができる。
【0042】
一例として、画像信号生成手段が、上記変調度が所定の閾値よりも大である場合に比較的高濃度(低輝度)を担持する画像信号を生成し、該変調度が所定の閾値以下である場合は比較的低濃度(高輝度)を担持する画像信号を生成するように構成されていれば、それらの画像信号に基づいて、比較的低濃度のバックグラウンド上に動脈部分のみが比較的高濃度で示された画像を得ることができる。
【0043】
それに限らず、上記変調度が大きいほどより高濃度を担持する画像信号を生成する等しても、動脈部分が他の部分とは明確に区別できる高濃度で示された画像を得ることができる。
【0044】
なお、前述したように生体の脈波を検出する脈波検出手段が設けられるとともに、画像信号生成手段が、この脈波検出手段の出力信号に基づいて、ビート信号が所定位相にあるときの信号値をサンプリングするように構成されていれば、常に上記ピーク部の信号強度IF(H)やボトム部の信号強度IF(L)を正確にサンプリングして、正しい変調度を求めることが可能になる。
【0045】
他方、前記光源手段として、計測光を発する複数の発光部が1次元または2次元的に並設されてなるものを用いるとともに、光ヘテロダイン検出系として、上記複数の発光部からの計測光の各々のビート成分を並列検出可能なものを用いて、これらの光源手段および光ヘテロダイン検出系によって走査手段の少なくとも一部を構成させれば、計測光の機械的な走査が1次元方向について、あるいは2次元方向とも不要になり、走査速度つまりは画像化速度が向上する。
【0046】
先に述べたように脈波検出手段の出力信号に基づいて、ビート信号が所定位相にあるときの信号値から変調度を求める場合は、ビート信号のサンプリングに時間がかかりがちであるから、上記のようにして計測光の機械的走査を省くのが特に望ましい。
【0047】
次に、本発明による第3の血管の画像化装置の作用について説明する。
【0048】
この第3の血管の画像化装置において、第1および第2の光ヘテロダイン検出系が出力するビート成分検出信号(ビート信号)は、散乱媒体である生体の散乱の影響を除いて、生体を透過して来た直進光成分あるいはそれに近い散乱光成分のみの強度を示すものとなる。またこれらのビート信号は、計測光が動脈部分を照射している場合は、脈波によって周波数1Hz程度で変調を受ける。
【0049】
そして第1および第2の光ヘテロダイン検出系において、上述のように互いに波長が異なる計測光を用いると、双方の光ヘテロダイン検出系から出力されるビート信号の脈波による変調成分の振幅量の対数値の比を算出する等により、酸素飽和度を求めることができる。この酸素飽和度は、動脈血にあっては80〜90%であるので、この程度の酸素飽和度が検出された場合に動脈部分を示す画像信号を生成すれば、動脈部分を静脈やその他の組織と区別して画像化することができる。
【0050】
なおビート信号の強度は、計測光が生体組織で散乱、吸収されればそれに応じて減衰し、組織厚みの変化等によりこの減衰の程度は変動する。このようにしてビート信号の強度が変動しても、上述の対数値の比はこの信号強度変動を補償して酸素飽和度と一義的に対応するので、動脈部分を正確に画像化することができる。
【0051】
一例として画像信号生成手段が、前述の特性値が示す酸素飽和度が80〜90%である場合に比較的高濃度(低輝度)を担持する画像信号を生成し、酸素飽和度がそれよりも低い場合は比較的低濃度(高輝度)を担持する画像信号を生成するように構成されていれば、それらの画像信号に基づいて、比較的低濃度のバックグラウンド上に動脈部分のみが比較的高濃度で示された画像を得ることができる。
【0052】
他方、前記光源手段として、計測光を発する複数の発光部が1次元または2次元的に並設されてなるものを用いるとともに、光ヘテロダイン検出系として、上記複数の発光部からの計測光の各々のビート成分を並列検出可能なものを用いて、これらの光源手段および光ヘテロダイン検出系によって走査手段の少なくとも一部を構成させれば、計測光の機械的な走査が1次元方向について、あるいは2次元方向とも不要になり、走査速度つまりは画像化速度が向上する。
【0053】
先に述べたように脈波検出手段の出力信号に基づいて、ビート信号が所定位相にあるときの信号値から前記特性値を求める場合は、ビート信号のサンプリングに時間がかかりがちであるから、上記のようにして計測光の機械的走査を省くのが特に望ましい。
【0054】
一方、本発明による脈波信号の空間分布測定装置は、光ヘテロダイン検出の手法を用いて脈波信号を求めるものであるから、基本的に、計測光照射部分のみの脈波信号を得ることができる。したがって、これらの装置を用いて生体の2点以上の部分に関する脈波信号を求めることにより、生体に関する脈波信号の空間分布を測定可能となる。
【0055】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【0056】
<第1実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態による血管の画像化装置を示す概略構成図である。この実施形態の装置は、波長λの計測光Lを発するレーザー11と、光ヘテロダイン光学系12と、この光ヘテロダイン光学系12から出射した計測光Lを受光する光検出器13と、この光検出器13に接続された周波数分析器14とを有している。
【0057】
またこの画像化装置は、周波数分析器14の出力を受けて該周波数分析器14とともに画像信号生成手段を構成するパーソナルコンピュータ20と、このパーソナルコンピュータ20に接続された、例えばCRT表示装置等からなる画像モニター21とを有している。
【0058】
さらに、血管画像化の対象である被検体(例えば人体の指等)22を載置して2次元方向に移動し得るX−Yステージ23が設けられている。このX−Yステージ23はステージドライバー24によって駆動され、このステージドライバー24の動作は上記パーソナルコンピュータ20によって制御されるようになっている。
【0059】
また、光検出器13とともに光ヘテロダイン検出系を構成する光学系12は、レーザー11から出射した計測光Lを2系統に分岐するハーフミラー30と、ここで反射、分岐した計測光Lを反射させて被検体22に入射させるミラー31と、上記ハーフミラー30を透過した計測光Lを反射させるミラー32と、このミラー32で反射した計測光Lを、被検体22を透過して来た計測光Lと合成するハーフミラー33と、合成された計測光Lを反射させて光検出器13に導くミラー35とから構成されている。
【0060】
そして、上記ハーフミラー30を透過した計測光Lの光路には、例えばAOMから構成されてこの計測光Lに中心周波数ωの所定の周波数シフトを与える周波数シフター34が挿入されている。
【0061】
以下、上記構成を有する本実施形態の装置の作用について説明する。被検体22の血管画像を得る際には、レーザー11から発せられた計測光Lが被検体22に照射される。それとともにX−Yステージ23が駆動されることにより、この計測光Lが被検体22を2次元的に走査する。
【0062】
被検体22を透過した計測光Lと、周波数シフター34により周波数シフトが与えられた計測光Lとをハーフミラー33によって合成すると、合成後の計測光Lにはシフト周波数と同じ中心周波数ωのビート成分が含まれるようになる。この合成後の計測光Lを受光した光検出器13の出力信号Iは、上記ビート成分によるビート信号を含むものであり、該出力信号Iは周波数分析器14に入力される。
【0063】
なおこのビート信号は、散乱媒体である被検体22を透過した計測光Lの直進成分および、それに近い散乱成分のみの強度を示している。したがって、このビート信号に基づいて被検体22に関する画像を得るようにすれば、被検体22において計測光Lが散乱するにも拘わらず、高い空間分解能が確保される。
【0064】
周波数分析器14は、上記出力信号Iのスペクトルを求める。このスペクトルは図2に示すようなものとなる。同図中のBがビート信号成分である。また、前述した通り、計測光Lが動脈部分を照射している際には、同図中にAで示す脈波信号成分も生じる。
【0065】
パーソナルコンピュータ20は周波数分析器14の出力を受けて、中心周波数ωのビート信号成分Bのピーク値Ibを求め、また周波数1Hz近辺の脈波帯域の信号のピーク値Ipを求めた上で、信号強度比(Ip/Ib)を求める。そしてパーソナルコンピュータ20は、この信号強度比(Ip/Ib)が所定の閾値よりも大である場合は比較的高濃度(低輝度)を担持する画像信号Spを生成し、該強度比(Ip/Ib)が上記閾値以下である場合は比較的低濃度(高輝度)を担持する画像信号Spを生成し、それらの画像信号Spを画像モニター21に入力させる。
【0066】
光検出器13からは、前述したようにしてなされる計測光Lの走査に伴って、被検体22の各走査位置毎にそれぞれ前記信号Iが出力される。したがって上記のような2値の画像信号Spも、被検体22の2次元走査位置毎に各々生成される。
【0067】
画像モニター21においては、以上のようにして生成された画像信号Spに基づいて、2値の2次元画像が再生表示される。この画像は、被検体22の動脈部分のみを示す動脈画像となる。その理由は、先に詳しく説明した通りである。
【0068】
なお、以上説明した信号強度比(Ip/Ib)に対する閾値処理は行なわず、信号強度比(Ip/Ib)が大きいほどより高濃度を担持する画像信号を生成する等しても、動脈部分が他の部分とは明確に区別できる高濃度で示された画像を得ることができる。
【0069】
<第2実施形態>
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。図3は、本発明の第2実施形態による血管の画像化装置の概略構成を示すものである。なおこの図3において、図1中の要素と同等の要素には同番号を付し、それらについての説明は特に必要の無い限り省略する。
【0070】
この第2の実施形態の装置は、図1に示した装置と比較すると、周波数分析器14に代えてバンドパスフィルター16およびレベル測定器17が設けられるとともに、それに加えて、被検体22の脈波を検出する例えば心電計からなる脈波信号検出部50と、レベル測定器17が出力するレベル計測信号SLを脈波信号検出部50からの脈波信号Scに基づいてサンプリングする同期検出部51とが設けられている点が基本的に異なるものである。
【0071】
上記バンドパスフィルター16は光検出器13の出力信号Iを受けて、そこから前記周波数ω近辺にあるビート信号Sbを抽出し、その信号Sbをレベル測定器17に入力する。レベル測定器17はビート信号Sbの強度を測定し、その信号強度を示すレベル信号SLを同期検出部51に入力する。ここでビート信号Sbの信号強度は、図4に示すようなものとなる。計測光Lが動脈部分を照射している際には、ビート信号Sbは同図中に示すように、脈波によって周波数1Hz程度で変調される。計測光Lが動脈以外の部分を照射している際には、このような変調はなされない。
【0072】
同期検出部51は、脈波信号検出部50からの脈波信号Scに基づいて、レベル信号SLを、図4中に黒点で示すピーク部並びにボトム部が検出されるようなタイミングでサンプリングし、サンプリング信号をパーソナルコンピュータ20に入力する。
【0073】
パーソナルコンピュータ20は、上記ピーク部の信号強度をIF(H)とし、ボトム部の信号強度をIF(L)としたとき{IF(H)−IF(L)}/{IF(H)+IF(L)}で表されるビート信号の変調度を求める。そしてパーソナルコンピュータ20は、この変調度が所定の閾値よりも大である場合は比較的高濃度(低輝度)を担持する画像信号Spを生成し、該変調度が上記閾値以下である場合は比較的低濃度(高輝度)を担持する画像信号Spを生成し、それらの画像信号Spを画像モニター21に入力させる。
【0074】
光検出器13からは、前述したようにしてなされる計測光Lの走査に伴って、被検体22の各走査位置毎にそれぞれ前記信号Iが出力される。したがって上記のような2値の画像信号Spも、被検体22の2次元走査位置毎に各々生成される。
【0075】
画像モニター21においては、以上のようにして生成された画像信号Spに基づいて、2値の2次元画像が再生表示される。この画像は、被検体22の動脈部分のみを示す動脈画像となる。その理由は、先に詳しく説明した通りである。
【0076】
なお、以上説明した変調度{IF(H)−IF(L)}/{IF(H)+IF(L)}に対する閾値処理は行なわず、この変調度が大きいほどより高濃度を担持する画像信号を生成する等しても、動脈部分が他の部分とは明確に区別できる高濃度で示された画像を得ることができる。
【0077】
<第3実施形態>
図6は、本発明の第3実施形態による血管の画像化装置を示す概略構成図である。この実施形態の装置は、波長λ1=760nmの第1の計測光L1を発するレーザー111と、この第1の計測光L1とは異なる波長λ2=930nmの第2の計測光L2を発するレーザー112と、第1の計測光L1用の第1光学系113と、第2の計測光L2用の第2光学系114と、第1光学系113から出射した計測光L1を受光する第1光検出器115と、第2光学系114から出射した計測光L2を受光する第2光検出器116と、第1光検出器115に接続され計測光L1に後述のようにして含まれるビート成分の脈波振幅量を検出する第1信号検出部117と、第2光検出器116に接続され計測光L2に後述のようにして含まれるビート成分の脈波振幅量を検出する第2信号検出部118とを有している。
【0078】
またこの画像化装置は、第1信号検出部117および第2信号検出部118の出力を受ける画像信号生成手段としてのパーソナルコンピュータ120と、このパーソナルコンピュータ120に接続された、例えばCRT表示装置等からなる画像モニター121とを有している。
【0079】
そして、血管画像化の対象である被検体(例えば人体の指等)122を載置して2次元方向に移動し得るX−Yステージ123が設けられている。このX−Yステージ123はステージドライバー124によって駆動され、このステージドライバー124の動作は上記パーソナルコンピュータ120によって制御されるようになっている。
【0080】
ここで図7には、血液中の光吸収物質である酸化型ヘモグロビン(OxyHb)および還元型ヘモグロビン(DeoxyHb)の吸収スペクトルを、組織の光学特性を決める水(Water)の吸収スペクトルと併せて示す。ここに示される通り、酸化型ヘモグロビンと還元型ヘモグロビンの吸収スペクトルは、等吸収点(波長805nm)を挟んでそれより短波長側では前者が低吸収、それより長波長側では反対に後者が低吸収の特性となっている。
【0081】
第1の計測光L1の波長λ1=760nmは、上記等吸収点波長805nmから外れて、還元型ヘモグロビンの吸収が酸化型ヘモグロビンの吸収に対して特に大きくなる波長である。一方第2の計測光L2の波長λ2=930nmは、上記等吸収点波長805nmから外れて、酸化型ヘモグロビンの吸収が還元型ヘモグロビンの吸収に対して特に大きくなる波長である。
【0082】
第1光検出器115および第1信号検出部117とともに第1の光ヘテロダイン検出系を構成する第1光学系113は、レーザー111から出射した計測光L1を2系統に分岐するハーフミラー130と、ここで反射、分岐した計測光L1を反射させて被検体122に入射させるミラー131と、上記ハーフミラー130を透過した計測光L1を反射させるミラー132と、このミラー132で反射した計測光L1を、被検体122を透過して来た計測光L1と合成するハーフミラー133とから構成されている。
【0083】
そして、上記ハーフミラー130を透過した計測光L1の光路には、例えばAOMから構成されてこの計測光L1に数十MHz程度の所定の周波数シフトを与える周波数シフター134が挿入されている。
【0084】
一方、第2光検出器116および第2信号検出部118とともに第2の光ヘテロダイン検出系を構成する第2光学系114は、レーザー112から出射した計測光L2を2系統に分岐するハーフミラー135と、ここを透過した計測光L2を反射させるミラー136と、ここで反射した計測光L2を反射させるとともに計測光L1は透過させて両者を同一光路を辿って被検体122に入射させるダイクロイックミラー137と、上記ハーフミラー135で反射、分岐した計測光L2を順次反射させるミラー138および139と、被検体122を透過して来た計測光L2を反射させるとともに計測光L1は透過させて両者を分岐させるダイクロイックミラー140と、そこで反射した計測光L2を反射させるミラー141と、そこで反射した計測光L2を上記ミラー139で反射した計測光L2と合成させるハーフミラー142とから構成されている。
【0085】
そして、上記ミラー138とミラー139との間の計測光L2の光路には、例えばAOMから構成されてこの計測光L2に数十MHz程度の所定の周波数シフトを与える周波数シフター143が挿入されている。
【0086】
なお第1光学系113のハーフミラー130およびミラー131と、第2光学系114のハーフミラー135、ミラー136およびダイクロイックミラー137は、計測光L1およびL2を被検体122の同一部分に入射させる入射光学系を構成している。
【0087】
また第1信号検出部117は、第1光検出器115に接続されたバンドパスフィルター150、このバンドパスフィルター150に接続されたレベル測定器151、このレベル測定器151に接続されたバンドパスフィルター152、およびこのバンドパスフィルター152に接続されて前記パーソナルコンピュータ120に出力を送るレベル測定器153から構成されている。
【0088】
一方第2信号検出部118は、第2光検出器116に接続されたバンドパスフィルター154、このバンドパスフィルター154に接続されたレベル測定器155、このレベル測定器155に接続されたバンドパスフィルター156、およびこのバンドパスフィルター156に接続されて前記パーソナルコンピュータ120に出力を送るレベル測定器157から構成されている。
【0089】
以下、上記構成を有する本実施形態の装置の作用について説明する。被検体122の血管画像を得る際には、レーザー111から発せられた波長λ1=760nmの第1の計測光L1と、レーザー112から発せられた波長λ2=930nmの第2の計測光L2が上述のようにダイクロイックミラー137で合成されて、被検体122の同一点に照射される。それとともにX−Yステージ123が駆動されることにより、計測光L1および計測光L2が被検体122を2次元的に走査する。
【0090】
被検体122を透過した計測光L1と、周波数シフター134により周波数シフトが与えられた計測光L1とをハーフミラー133によって合成すると、合成後の計測光L1にはシフトされた周波数と同じ周波数のビート成分が含まれるようになる。この合成後の計測光L1を受光する第1光検出器115の出力は、図8に示すように、上記ビート成分によるビート信号a1を含むものであるが、計測光L1が動脈部分を照射している際にはこのビート信号a1が、図中bで示すように脈波によって周波数1Hz程度で変調される。
【0091】
第1光検出器115に接続されたバンドパスフィルター150は、上記ビート信号a1の帯域の信号を通過させるものであり、ここを通過したビート信号a1のレベルがレベル測定器151において測定される。このレベル測定器151の出力はバンドパスフィルター152に入力され、そこで上記周波数1Hz程度の脈波変調成分b1(図8参照)が抽出される。レベル測定器153はこの脈波変調成分b1の振幅量ΔI1 を求め、この振幅量ΔI1 を示す信号をパーソナルコンピュータ120に入力する。
【0092】
また、被検体122を透過した計測光L2と、周波数シフター143により周波数シフトが与えられた計測光L2とをハーフミラー142によって合成すると、合成後の計測光L2にはシフトされた周波数と同じ周波数のビート成分が含まれるようになる。この合成後の計測光L2を受光する第2光検出器116の出力も、図8に示した第1光検出器115の出力と同様のものとなる。以下、この第2光検出器116の出力に関しては、第1光検出器115の出力についてのビート信号a1、脈波変調成分b1および振幅量ΔI1 にそれぞれ対応させて、ビート信号a2、脈波変調成分b2および振幅量ΔI2 と称することとする。
【0093】
第2光検出器116に接続されたバンドパスフィルター154は、上記ビート信号a2の帯域の信号を通過させるものであり、ここを通過したビート信号a2のレベルがレベル測定器155において測定される。このレベル測定器155の出力はバンドパスフィルター156に入力され、そこで周波数1Hz程度の脈波変調成分b2が抽出される。レベル測定器157はこの脈波変調成分b2の振幅量ΔI2 を求め、この振幅量ΔI2 を示す信号をパーソナルコンピュータ120に入力する。
【0094】
なお第1光検出器115が出力するビート信号a1は、散乱媒体である被検体122を透過した計測光L1の直進成分および、それに近い散乱成分のみの強度を示している。したがって、このビート信号a1に基づいて被検体122に関する画像を得るようにすれば、被検体122において計測光L1が散乱するにも拘わらず、高い空間分解能が確保される。これは計測光L2についても同様である。
【0095】
第1信号検出部117および第2信号検出部118からは、前述したようにしてなされる計測光L1および計測光L2の走査に伴って、被検体122の各走査位置毎にそれぞれ脈波振幅量ΔI1 、ΔI2 を示す信号が出力される。
【0096】
パーソナルコンピュータ120は、これらの脈波振幅量ΔI1 、ΔI2 の各々の対数値の比、つまりlogΔI1 /logΔI2 を求める。このlogΔI1 /logΔI2 の値は、前述した通り血液の酸素飽和度に対応したものとなる。パーソナルコンピュータ120は、被検体122の2次元走査位置毎に求められるlogΔI1 /logΔI2 の値が、酸素飽和度80〜90%に対応する値を取った場合は、比較的高濃度(低輝度)を担持する画像信号Spを生成し、それ以外の酸素飽和度に対応する値を取った場合は比較的低濃度(高輝度)を担持する画像信号Spを生成する。
【0097】
画像モニター121においては、以上のようにして生成された画像信号Spに基づいて、2次元画像が再生表示される。この画像は、動脈部分のみを示す動脈画像となる。
【0098】
なおここで、上記対数値の比logΔI1 /logΔI2 が酸素飽和度と一義的に対応する理由について説明する。図8に示した脈波振幅量ΔI1 の変化は、動脈血の脈動に伴う容積変化によって発生する。ヘモグロビンの濃度をC、ヘモグロビンの波長λ1=760nmについての吸収係数をE1 、そして動脈血部の光路長変化分をΔDとすると、logΔI1 =E1 ・C・ΔDである。同様に脈波振幅量ΔI2 に関しては、ヘモグロビンの波長λ2=930nmについての吸収係数をE2 とすると、logΔI2 =E2 ・C・ΔDとなる。したがってlogΔI1 /logΔI2=E1 /E2 となり、そして吸収係数E1 およびE2 は酸素飽和度と対応するから、結局、logΔI1 /logΔI2の値は酸素飽和度と対応する。
【0099】
<第4実施形態>
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。図9は、本発明の第4実施形態による血管の画像化装置を示すものである。なおこの図9において、図6中の要素と同等の要素には同番号を付し、それらについての説明は特に必要の無い限り省略する。
【0100】
この第4の実施形態の装置は、図6の装置と比較すると、被検体122の脈波と同期させてビート信号a1およびa2のレベルを検出する構成が加えられた点が基本的に異なるものである。すなわち本実施形態では、図6のバンドパスフィルター152およびレベル測定器153に代えて同期測定部181が、またバンドパスフィルター156およびレベル測定器157に代えて同期測定部182が設けられた上で、被検体122の脈波を検出する脈波信号検出部180が設けられている。
【0101】
心電計等からなる脈波信号検出部180は、脈波信号Scを同期検出部181および182に入力する。同期測定部181はレベル測定器151の出力信号を、脈波信号Scが示す被検体122の脈波のピーク部分、ボトム部分と同期させてサンプリングし、サンプリングした2信号の差つまり脈波振幅量ΔI1 を求める。同様に同期測定部182はレベル測定器153の出力信号を、脈波信号Scが示す被検体122の脈波のピーク部分、ボトム部分と同期させてサンプリングし、サンプリングした2信号の差つまり脈波振幅量ΔI2 を求める。
【0102】
パーソナルコンピュータ120はこれらの脈波振幅量ΔI1 およびΔI2 を示す信号を受け、第3実施形態におけるのと同様にして脈波振幅量ΔI1 およびΔI2 に基づいて画像信号Spを生成する。
【0103】
以上説明した第1〜4実施形態の装置を用いれば、脈波信号の空間分布を測定することも可能である。すなわち、例えば第1実施形態の装置においては、パーソナルコンピュータ20が求める周波数1Hz近辺の脈波帯域の信号のピーク値Ipや、信号強度比(Ip/Ib)を被検体22の2点以上の部分について求めれば、動脈波による脈波信号の空間分布を測定可能となる。
【0104】
また第2実施形態の装置においては、パーソナルコンピュータ20が求めるビート信号の変調度{IF(H)−IF(L)}/{IF(H)+IF(L)}を被検体22の2点以上の部分について求めれば、動脈波による脈波信号の空間分布を測定可能となる。
【0105】
また第3実施形態あるいは第4実施形態の装置においては、パーソナルコンピュータ120が求める脈波振幅量ΔI1 、ΔI2 の各々の対数値の比、つまりlogΔI1 /logΔI2 を被検体122の2点以上の部分について求めれば、動脈波による脈波信号の空間分布を測定可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態による血管の画像化装置を示す概略構成図
【図2】上記第1実施形態の画像化装置における光検出器出力のスペクトルを示すグラフ
【図3】本発明の第2実施形態による血管の画像化装置を示す概略構成図
【図4】上記第2実施形態の画像化装置において求められるビート信号の強度変化を示すグラフ
【図5】本発明に関わるビート信号の脈波による変調を説明する概略図
【図6】本発明の第3実施形態による血管の画像化装置を示す概略構成図
【図7】酸化型ヘモグロビン、還元型ヘモグロビンおよび水の吸収スペクトルを示すグラフ
【図8】図6の装置で検出されるビート信号の波形を示す概略図
【図9】本発明の第4実施形態による血管の画像化装置を示す概略構成図
【符号の説明】
11 レーザー
12 光ヘテロダイン光学系
13 光検出器
14 周波数分析器
16 バンドパスフィルター
17 レベル測定器
20 パーソナルコンピュータ
21 画像モニター
22 被検体
23 X−Yステージ
24 ステージドライバー
30、33、 ハーフミラー
31、32、35 ミラー
34 周波数シフター
50 脈波信号検出部
51 同期検出部
111、112 レーザー
113 第1光学系
114 第2光学系
115 第1光検出器
116 第2光検出器
117 第1信号検出部
118 第2信号検出部
120 パーソナルコンピュータ
121 画像モニター
122 被検体
123 X−Yステージ
124 ステージドライバー
130、133、135、142 ハーフミラー
131、132、136、138、139、141 ミラー
134、143 周波数シフター
137、140 ダイクロイックミラー
150、152、154、156 バンドパスフィルター
151、153、155、157 レベル測定器
180 脈波信号検出部
181、182 同期測定部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus for imaging a blood vessel, and more particularly to an apparatus for imaging an artery clearly distinct from a vein.
[0002]
The present invention also measures the spatial distribution of a pulse wave signal indicating an arterial wave of a living body.DressIs related to the position.
[0003]
[Prior art]
In clinical practice, there is a widespread demand for imaging by distinguishing one of an artery and vein from the other (particularly distinguishing the artery from the vein). For example, arteriosclerosis generally occurs from the peripheral part. If the arterial inner diameter image of the peripheral part can be identified and imaged as a vein image, it can be used as diagnostic information for arteriosclerosis.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
2. Description of the Related Art Conventionally, X-ray angiography apparatuses are widely known as apparatuses that image blood vessels. However, this X-ray angiography has a large burden on the subject, and is usually accompanied by hospitalization, and there is a problem that it is difficult to perform it easily in an outpatient setting.
[0005]
On the other hand, as shown in the ME Society of Japan magazine BME Vol.8, No.5, 1994, pp41-50, a technique for imaging a part of a living body by transillumination has also been proposed. However, with this imaging technique based on fluoroscopy, it is extremely difficult to image an artery clearly distinct from a vein.
[0006]
Conventionally, as a method for extracting only information indicating arterial waves, a living body is irradiated with measurement light of two wavelengths, and a logarithmic value of a pulse wave amplitude is obtained from a detection signal of each measuring light passing through the living body, and the logarithmic values thereof are obtained. A method of obtaining a pulse wave component based on the ratio is known. However, with the method of directly detecting the measurement light in this way, it is impossible to obtain the spatial distribution of the pulse wave signal indicating the pulse wave information.
[0007]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a device that can reduce the burden on a subject and can clearly image an artery from a vein.
[0008]
In addition, the present invention can measure the spatial distribution of a pulse wave signal indicating an arterial wave of a living body.DressThe purpose is to provide a device.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The first and second blood vessel imaging apparatuses according to the present invention apply optical heterodyne detection to imaging so that high spatial resolution can be secured for a living body that is a scattering medium. The output signal is an image that distinguishes an artery from a vein without a pulse wave by utilizing the fact that the measurement light is modulated by the pulse wave unique to the artery when it irradiates the artery part. is there.
[0010]
Specifically, the first blood vessel imaging device according to the present invention is:
Light source means for emitting measurement light incident on a living body;
Scanning means for scanning the measurement light with respect to the living body;
An optical system that divides a part of the measurement light from the optical path before entering the living body, and then combines it with the measurement light emitted from the living body. An optical heterodyne detection system comprising a frequency shifter for providing a difference, and means for detecting a beat component of the combined measurement light;
It is characterized by comprising image signal generating means for generating an image signal based on the intensity ratio of the pulse wave band signal to the beat signal included in the output signal of this optical heterodyne detection system.
[0011]
In the above configuration, means for analyzing the frequency of the output signal of the optical heterodyne detection system is provided,
It is desirable that the image signal generating means is configured to obtain the intensity ratio from the beat signal and the pulse wave band signal separated from each other on the frequency axis by the frequency analyzing means.
[0012]
Further, the image signal generating means is preferably configured to generate an image signal indicating an arterial portion of the living body when the intensity ratio of the signals is larger than a predetermined threshold.
[0013]
In addition to the light source means, scanning means, and optical heterodyne detection system similar to those described above, the second blood vessel imaging device according to the present invention is capable of generating beat signals included in the output signal of this optical heterodyne detection system. The image signal generating means for generating the image signal based on the degree of modulation at the pulse wave band frequency is provided.
[0014]
In this second blood vessel imaging device,
A pulse wave detection means for detecting a pulse wave of a living body is provided,
The image signal generating means is preferably configured to sample a signal value when the beat signal is in a predetermined phase based on the output signal of the pulse wave detecting means.
[0015]
The image signal generating means is preferably configured to generate an image signal indicating an arterial portion of a living body when the degree of modulation is larger than a predetermined threshold.
[0016]
Furthermore, in any of the above two types of blood vessel imaging devices,
As the light source means, one in which a plurality of light emitting portions emitting the measurement light are arranged one-dimensionally or two-dimensionally is used,
As the optical heterodyne detection system, one capable of detecting in parallel each beat component of the measurement light from the plurality of light emitting units is used,
It is preferable that at least a part of the scanning unit is constituted by the light source unit and the optical heterodyne detection system.
[0017]
Furthermore, the third blood vessel imaging device according to the present invention applies optical heterodyne detection to imaging so that a high spatial resolution can be ensured for a living body as a scattering medium, and measures the optical heterodyne detection system from each other. Two systems with different optical wavelengths are provided, and the oxygen saturation of the measurement light irradiation unit is known from the output signal of the optical heterodyne detection system, and this oxygen saturation is higher in the artery than in the vein. Are imaged separately from veins.
[0018]
Specifically, the third blood vessel imaging device according to the present invention is:
Light source means for emitting first measurement light and second measurement light having different wavelengths from each other;
An incident optical system for causing the first measurement light and the second measurement light to enter the same part of the living body;
Scanning means for scanning the living body with the first measurement light and the second measurement light;
After branching a part of the first measurement light from the optical path before entering the living body, the optical system for synthesizing with the first measurement light emitted from the living body, the branching is performed, and the two optical paths are advanced. A first optical heterodyne detection system comprising: a frequency shifter for giving a frequency difference to the first measurement light; and means for detecting a beat component of the synthesized first measurement light;
After branching a part of the second measurement light from the optical path before entering the living body, the optical system for combining with the second measurement light emitted from the living body, the branching is performed, and the two optical paths are advanced. A second optical heterodyne detection system comprising: a frequency shifter that gives a frequency difference to the second measurement light; and a means for detecting a beat component of the synthesized second measurement light;
A characteristic value uniquely corresponding to the oxygen saturation from the beat component detection signals output from the second optical heterodyne detection system and the first optical heterodyne detection system (of course, the oxygen saturation itself may be used. ) And an image signal generating means for generating an image signal based on the characteristic value.
[0019]
Note that the image signal generation means described above has, for example, the ratio of the logarithmic value of the amplitude amount due to the pulse wave of the beat component detection signal output from each of the first optical heterodyne detection system and the second optical heterodyne detection system. An image signal can be generated as a value.
[0020]
Thus, when generating the image signal based on the ratio of the logarithmic value of the amplitude amount by the pulse wave, for example,
Filter means for extracting a modulation component of the frequency of the pulse wave band from beat component detection signals output from the first optical heterodyne detection system and the second optical heterodyne detection system,
A level measuring unit for measuring the level of the signal extracted by the filter unit;
The image signal generation means may be configured to obtain the amplitude amount due to the pulse wave based on the output signal of the level measurement means.
[0021]
Also, instead of this configuration,
Pulse wave detection means for detecting a pulse wave of a living body;
On the basis of the output signal of the pulse wave detection means, a means for sampling the value of the signal at a timing at which the beat component detection signal takes a peak value and a bottom value,
The image signal generation means may be configured to obtain an amplitude amount by a pulse wave from the sampled signal value.
[0022]
On the other hand, it is desirable that the wavelengths of the first measurement light and the second measurement light are 760 nm and 930 nm, respectively.
[0023]
In the third blood vessel imaging device according to the present invention, when the image signal generating means calculates the characteristic value corresponding to the oxygen saturation of 80 to 90%, the image signal indicating the arterial portion of the living body is generated. It is desirable to be configured to do so.
[0024]
Furthermore, in the third blood vessel imaging device according to the present invention,
As the light source means, one in which a plurality of light emitting sections emitting the measurement light are arranged one-dimensionally or two-dimensionally is used,
As the first and second optical heterodyne detection systems, those capable of detecting beat components of measurement light from the plurality of light emitting units in parallel are used,
It is desirable that these light source means and optical heterodyne detection system constitute at least a part of the scanning means.
[0025]
On the other hand, the first pulse wave signal spatial distribution measuring apparatus according to the present invention is:
Light source means for emitting measurement light incident on a living body;
An optical system that divides a part of the measurement light from the optical path before entering the living body, and then combines it with the measurement light emitted from the living body. An optical heterodyne detection system comprising a frequency shifter for providing a difference, and means for detecting a beat component of the combined measurement light;
It comprises pulse wave signal generating means for forming a pulse wave signal indicating the pulse wave of the living body from the output signal of this optical heterodyne detection system.
[0026]
As the above pulse wave signal generation meansMore specifically,Generating the pulse wave signal based on the intensity ratio of the pulse wave band signal to the beat signal included in the output signal of the optical heterodyne detection systemIs used. Such a pulse wave signal generation means is preferably configured to generate a pulse wave signal indicating an arterial wave of a living body when the intensity ratio of the signals is larger than a predetermined threshold.
[0027]
AlsoThe second pulse wave signal spatial distribution measuring device according to the present invention is compared with the first pulse wave signal spatial distribution measuring device.Said pulse wave signal generating meansInstead ofModulation of beat signal included in output signal of optical heterodyne detection system at pulse wave band frequencyDegreeIt is configured to generate a pulse wave signal indicating an arterial wave of a living body when it is larger than a predetermined threshold value.The pulse wave signal generating means is used.
[0028]
In addition, according to the present invention3The pulse wave signal spatial distribution measuring device of
Light source means for emitting first measurement light and second measurement light having different wavelengths from each other;
An incident optical system for causing the first measurement light and the second measurement light to enter the same part of the living body;
Scanning means for scanning the living body with the first measurement light and the second measurement light;
After branching a part of the first measurement light from the optical path before entering the living body, the optical system for synthesizing with the first measurement light emitted from the living body, the branching is performed, and the two optical paths are advanced. A first optical heterodyne detection system comprising: a frequency shifter for giving a frequency difference to the first measurement light; and means for detecting a beat component of the synthesized first measurement light;
After branching a part of the second measurement light from the optical path before entering the living body, the optical system for combining with the second measurement light emitted from the living body, the branching is performed, and the two optical paths are advanced. A second optical heterodyne detection system comprising: a frequency shifter that gives a frequency difference to the second measurement light; and a means for detecting a beat component of the synthesized second measurement light;
A characteristic value uniquely corresponding to oxygen saturation is calculated from beat component detection signals output from the second optical heterodyne detection system and the first optical heterodyne detection system, respectively, and based on this characteristic value, It comprises a pulse wave signal generating means for forming a pulse wave signal indicating a pulse wave.
[0029]
This number3In the pulse wave signal spatial distribution measuring apparatus, the image signal generation means includes an amplitude amount of a pulse component of the beat component detection signal output from each of the first optical heterodyne detection system and the second optical heterodyne detection system. Those that generate a pulse wave signal using the ratio of the logarithmic value of the characteristic value as the characteristic value can be suitably used.
[0030]
Also this first3In the pulse wave signal spatial distribution measuring apparatus, the wavelength λ1 of the first measurement light and the wavelength λ2 of the second measurement light are preferably in the ranges of 600 nm <λ1 <805 nm and 805 nm <λ2 <1100 nm, respectively. Particularly preferably, the wavelength λ1 of the first measurement light is 760 nm, and the wavelength λ2 of the second measurement light is 930 nm.
[0032]
【The invention's effect】
First, the operation of the first and second blood vessel imaging devices according to the present invention will be described.
[0033]
The beat component detection signal (beat signal) output from the optical heterodyne detection system as described above excludes the influence of scattering of the living body, which is a scattering medium, and the light component traveling straight through the living body or a scattered light component close thereto. It shows only the strength.
[0034]
The arterial portion and the vein portion can be identified as follows. When the measurement light irradiates the arterial portion, the output signal of the optical heterodyne detection system is as shown schematically in FIG. 5. It will be superimposed. When the measurement light irradiates the vein portion, basically the pulse wave signal a is not generated.
[0035]
When the output signal changing as shown in FIG. 5 on the time axis is sampled at a certain time and subjected to frequency analysis, a spectrum as shown in FIG. 2 is obtained. In FIG. 2, A is a pulse wave signal component, and B is a beat signal component. The intensity of these pulse wave signals and beat signals fluctuates with the pulsation as shown by the solid and broken lines in the figure.Furthermore, if the measurement light is scattered, absorbed and attenuated in the living tissue, it will fluctuate.
[0036]
However, even if the intensity of the pulse wave signal and the beat signal fluctuates in this way, the intensity ratio thereof is basically unchanged. For example, the intensity ratio of the pulse wave band signal to the beat signal intensity is more than a certain level. If so, it can be considered that a pulse wave signal is generated in that case, that is, the measurement light irradiates the arterial portion. As described above, if the output signal of the optical heterodyne detection system is spatially decomposed along with the scanning of the measurement light to generate an image signal indicating the arterial part or the other part at each scanning point, based on this image signal Thus, the arterial portion can be imaged.
[0037]
As an example, the image signal generating means generates an image signal carrying a relatively high density (low luminance) when the intensity ratio of the pulse wave band signal to the beat signal is larger than a predetermined threshold, and the intensity ratio is If it is configured to generate an image signal carrying a relatively low density (high luminance) when it is equal to or lower than a predetermined threshold value, an artery on the background of the relatively low density is generated based on those image signals. It is possible to obtain an image in which only a portion is shown at a relatively high density.
[0038]
Not limited to this, even if an image signal carrying a higher density is generated as the intensity ratio of the pulse wave band signal to the beat signal is larger, the arterial part is displayed at a higher density that can be clearly distinguished from other parts. Images can be obtained.
[0039]
On the other hand, when the beat signal b is extracted by passing the signal having the waveform shown in FIG. 5 through a band pass filter, the change on the time axis is as shown in FIG. When the measurement light irradiates the arterial portion, the beat signal b is modulated by the pulse wave signal and periodically changes in intensity as illustrated.
[0040]
{IF (H) −IF (L)} / {IF (H) + IF (L) where IF (H) is the signal intensity at the peak and IF (L) is the signal intensity at the bottom in this periodic change. )}, The modulation degree of the beat signal is basically unchanged regardless of fluctuations in the intensity of the pulse wave signal and the beat signal due to the above-described attenuation due to scattering and absorption of the measurement light. . Therefore, if the degree of modulation at the pulse wave band frequency is more than a certain level, it can be considered that the measurement light irradiates the artery portion in that case.
[0041]
As described above, if the output signal of the optical heterodyne detection system is spatially decomposed along with the scanning of the measurement light to generate an image signal indicating the arterial part or the other part at each scanning point, based on this image signal Thus, the arterial portion can be imaged.
[0042]
As an example, the image signal generating means generates an image signal carrying a relatively high density (low luminance) when the modulation degree is larger than a predetermined threshold value, and the modulation degree is equal to or lower than the predetermined threshold value. In some cases, if configured to generate image signals carrying a relatively low density (high brightness), only the arterial portion is relatively high on a relatively low density background based on those image signals. An image indicated by density can be obtained.
[0043]
Not limited to that, even if an image signal carrying a higher density is generated as the degree of modulation increases, an image showing a high density at which the arterial part can be clearly distinguished from other parts can be obtained. .
[0044]
As described above, the pulse wave detection means for detecting the pulse wave of the living body is provided, and the image signal generation means is a signal when the beat signal is in a predetermined phase based on the output signal of the pulse wave detection means. If configured to sample the value, it is always possible to accurately sample the signal intensity IF (H) at the peak and the signal intensity IF (L) at the bottom to obtain the correct degree of modulation. .
[0045]
On the other hand, as the light source means, one in which a plurality of light emitting units emitting measurement light are arranged one-dimensionally or two-dimensionally is used, and each of the measurement light from the plurality of light emitting units is used as an optical heterodyne detection system. If the at least part of the scanning means is constituted by the light source means and the optical heterodyne detection system using a component capable of detecting the beat components in parallel, the mechanical scanning of the measuring light is performed in the one-dimensional direction or 2 The dimensional direction is not required, and the scanning speed, that is, the imaging speed is improved.
[0046]
As described above, when the modulation degree is obtained from the signal value when the beat signal is in the predetermined phase based on the output signal of the pulse wave detection means, the beat signal sampling tends to take time. Thus, it is particularly desirable to omit the mechanical scanning of the measurement light.
[0047]
Next, the operation of the third blood vessel imaging apparatus according to the present invention will be described.
[0048]
In this third blood vessel imaging apparatus, beat component detection signals (beat signals) output from the first and second optical heterodyne detection systems are transmitted through the living body, excluding the influence of scattering of the living body as a scattering medium. Thus, the intensity of only the straight light component or the scattered light component close thereto is shown. These beat signals are modulated at a frequency of about 1 Hz by the pulse wave when the measurement light irradiates the arterial portion.
[0049]
In the first and second optical heterodyne detection systems, when measurement light having different wavelengths is used as described above, the pair of amplitude amounts of modulation components due to pulse waves of beat signals output from both optical heterodyne detection systems. The oxygen saturation can be obtained by calculating a numerical ratio. Since this oxygen saturation is 80 to 90% in arterial blood, if an image signal indicating the arterial part is generated when this degree of oxygen saturation is detected, the arterial part is converted into a vein or other tissue. And can be imaged separately.
[0050]
The intensity of the beat signal is attenuated accordingly if the measurement light is scattered and absorbed by the living tissue, and the degree of attenuation varies depending on the change in the tissue thickness. Even if the intensity of the beat signal fluctuates in this way, the ratio of the above logarithm values compensates for this fluctuation of signal intensity and uniquely corresponds to oxygen saturation, so that the arterial portion can be accurately imaged. it can.
[0051]
As an example, the image signal generating means generates an image signal carrying a relatively high density (low luminance) when the oxygen saturation indicated by the above characteristic value is 80 to 90%, and the oxygen saturation is higher than that. If it is configured to generate an image signal carrying a relatively low density (high brightness) when it is low, only the arterial portion is relatively on the background of the relatively low density based on those image signals. An image shown at a high density can be obtained.
[0052]
On the other hand, as the light source means, one in which a plurality of light emitting units emitting measurement light are arranged one-dimensionally or two-dimensionally is used, and each of the measurement light from the plurality of light emitting units is used as an optical heterodyne detection system. If the at least part of the scanning means is constituted by the light source means and the optical heterodyne detection system using a component capable of detecting the beat components in parallel, the mechanical scanning of the measuring light is performed in the one-dimensional direction or 2 The dimensional direction is not required, and the scanning speed, that is, the imaging speed is improved.
[0053]
As described above, when obtaining the characteristic value from the signal value when the beat signal is in a predetermined phase based on the output signal of the pulse wave detection means, it tends to take time to sample the beat signal. It is particularly desirable to omit mechanical scanning of the measurement light as described above.
[0054]
On the other hand, since the pulse wave signal spatial distribution measuring device according to the present invention obtains a pulse wave signal using an optical heterodyne detection method, basically, a pulse wave signal of only the measurement light irradiation portion can be obtained. it can. Therefore, the spatial distribution of the pulse wave signal related to the living body can be measured by obtaining the pulse wave signal related to two or more parts of the living body using these devices.
[0055]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0056]
<First Embodiment>
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a blood vessel imaging device according to a first embodiment of the present invention. The apparatus of this embodiment includes a
[0057]
The imaging apparatus includes a
[0058]
Further, an
[0059]
The
[0060]
In the optical path of the measurement light L that has passed through the
[0061]
Hereinafter, the operation of the apparatus of the present embodiment having the above configuration will be described. When obtaining a blood vessel image of the subject 22, the subject 22 is irradiated with the measurement light L emitted from the
[0062]
When the measurement light L transmitted through the subject 22 and the measurement light L to which the frequency shift is given by the frequency shifter 34 are combined by the
[0063]
This beat signal indicates the intensity of only the straight component of the measurement light L that has passed through the subject 22 as a scattering medium and the scattering component close thereto. Therefore, if an image related to the subject 22 is obtained based on the beat signal, high spatial resolution is ensured despite the measurement light L being scattered in the subject 22.
[0064]
The
[0065]
The
[0066]
The
[0067]
On the
[0068]
Note that the threshold processing for the signal intensity ratio (Ip / Ib) described above is not performed, and even when an image signal carrying a higher density is generated as the signal intensity ratio (Ip / Ib) is larger, the arterial portion is not. It is possible to obtain an image shown at a high density that can be clearly distinguished from other parts.
[0069]
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 shows a schematic configuration of a blood vessel imaging apparatus according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 3, the same elements as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted unless particularly required.
[0070]
Compared with the apparatus shown in FIG. 1, the apparatus of the second embodiment is provided with a
[0071]
The
[0072]
The
[0073]
When the signal intensity at the peak portion is IF (H) and the signal intensity at the bottom portion is IF (L), the personal computer 20 {IF (H) −IF (L)} / {IF (H) + IF ( L)} is obtained. The
[0074]
The
[0075]
On the
[0076]
It should be noted that the threshold value processing is not performed for the modulation degree {IF (H) −IF (L)} / {IF (H) + IF (L)} described above, and an image signal carrying a higher density as the modulation degree increases. Even if the image is generated, an image showing the arterial portion at a high density that can be clearly distinguished from other portions can be obtained.
[0077]
<Third Embodiment>
FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing a blood vessel imaging device according to the third embodiment of the present invention. The apparatus of this embodiment includes a
[0078]
The imaging apparatus also includes a
[0079]
In addition, an
[0080]
Here, FIG. 7 shows absorption spectra of oxidized hemoglobin (OxyHb) and reduced hemoglobin (DeoxyHb), which are light-absorbing substances in blood, together with the absorption spectrum of water (Water) that determines the optical characteristics of the tissue. . As shown here, the absorption spectrum of oxidized hemoglobin and reduced hemoglobin has lower absorption at the shorter wavelength side than the isosbestic point (wavelength 805 nm), while the latter is lower at the longer wavelength side. Absorption characteristics.
[0081]
The wavelength λ1 = 760 nm of the first measurement light L1 is a wavelength that deviates from the isosbestic point wavelength of 805 nm, and the absorption of reduced hemoglobin is particularly large with respect to the absorption of oxidized hemoglobin. On the other hand, the wavelength λ2 = 930 nm of the second measurement light L2 is a wavelength that deviates from the above-mentioned isosbestic point wavelength of 805 nm, and the absorption of oxidized hemoglobin is particularly greater than the absorption of reduced hemoglobin.
[0082]
The first
[0083]
In the optical path of the measurement light L1 that has passed through the
[0084]
On the other hand, the second
[0085]
In the optical path of the measurement light L2 between the
[0086]
The
[0087]
The
[0088]
On the other hand, the
[0089]
Hereinafter, the operation of the apparatus of the present embodiment having the above configuration will be described. When obtaining a blood vessel image of the subject 122, the first measurement light L1 emitted from the
[0090]
When the measurement light L1 transmitted through the subject 122 and the measurement light L1 to which the frequency shift is given by the
[0091]
The
[0092]
Further, when the measurement light L2 transmitted through the subject 122 and the measurement light L2 to which the frequency shift is given by the
[0093]
The band-
[0094]
The beat signal a1 output from the
[0095]
From the first
[0096]
The
[0097]
On the image monitor 121, a two-dimensional image is reproduced and displayed based on the image signal Sp generated as described above. This image is an arterial image showing only the arterial portion.
[0098]
Here, the logarithmic value ratio logΔI1 / LogΔI2 The reason why is uniquely associated with oxygen saturation will be described. Pulse wave amplitude amount ΔI shown in FIG.1 This change is caused by a volume change accompanying arterial blood pulsation. The hemoglobin concentration is C, and the absorption coefficient for the hemoglobin wavelength λ1 = 760 nm is E.1 , And ΔΔ is the change in the optical path length of the arterial blood portion, log ΔI1 = E1 C / ΔD. Similarly, pulse wave amplitude amount ΔI2 , The absorption coefficient for the wavelength λ2 = 930 nm of hemoglobin is E2 Then logΔI2 = E2 ・ C ・ ΔD Therefore logΔI1 / LogΔI2= E1 / E2 And the absorption coefficient E1 And E2 Corresponds to oxygen saturation, so eventually logΔI1 / LogΔI2The value of corresponds to oxygen saturation.
[0099]
<Fourth embodiment>
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 9 shows a blood vessel imaging device according to a fourth embodiment of the present invention. In FIG. 9, the same elements as those in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted unless particularly necessary.
[0100]
The apparatus of the fourth embodiment basically differs from the apparatus of FIG. 6 in that a configuration for detecting the levels of the beat signals a1 and a2 in synchronization with the pulse wave of the subject 122 is added. It is. That is, in the present embodiment, a synchronization measuring unit 181 is provided instead of the
[0101]
A pulse wave signal detection unit 180 including an electrocardiograph or the like inputs the pulse wave signal Sc to the
[0102]
The
[0103]
If the apparatus of 1st-4th embodiment demonstrated above is used, it is also possible to measure the spatial distribution of a pulse wave signal. That is, for example, in the apparatus according to the first embodiment, the peak value Ip of the signal in the pulse wave band near the frequency of 1 Hz required by the
[0104]
In the apparatus of the second embodiment, the degree of modulation of the beat signal required by the personal computer 20 {IF (H) −IF (L)} / {IF (H) + IF (L)} is two or more points of the subject 22. If it calculates | requires about this part, it will become possible to measure the spatial distribution of the pulse wave signal by an arterial wave.
[0105]
In the apparatus of the third embodiment or the fourth embodiment, the pulse wave amplitude ΔI obtained by the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a blood vessel imaging device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the spectrum of the photodetector output in the imaging apparatus of the first embodiment.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing a blood vessel imaging device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing a beat signal intensity change required in the imaging apparatus of the second embodiment;
FIG. 5 is a schematic diagram for explaining modulation of a beat signal according to the present invention by a pulse wave.
FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing a blood vessel imaging device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a graph showing absorption spectra of oxidized hemoglobin, reduced hemoglobin and water.
8 is a schematic diagram showing a waveform of a beat signal detected by the apparatus of FIG.
FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing a blood vessel imaging device according to a fourth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
11 Laser
12 Optical heterodyne optical system
13 photodetector
14 Frequency analyzer
16 Bandpass filter
17 level measuring instrument
20 Personal computer
21 Image monitor
22 Subject
23 XY stage
24 stage driver
30, 33, half mirror
31, 32, 35 mirrors
34 Frequency shifter
50 Pulse wave signal detector
51 Sync detector
111, 112 laser
113 First optical system
114 Second optical system
115 First photodetector
116 Second photodetector
117 First signal detector
118 Second signal detector
120 personal computer
121 Monitor
122 Subject
123 XY stage
124 stage driver
130, 133, 135, 142 Half mirror
131, 132, 136, 138, 139, 141 Mirror
134, 143 Frequency shifter
137, 140 Dichroic mirror
150, 152, 154, 156 Bandpass filter
151, 153, 155, 157 level measuring instrument
180 Pulse wave signal detector
181 and 182 Synchronous measurement unit
Claims (21)
この計測光を前記生体に対して走査させる走査手段と、
前記計測光の一部を前記生体に入射する前の光路から分岐した後、前記生体から出射した計測光と合成する光学系、前記分岐がなされて2系統の光路を進む該計測光に互いに周波数差を与える周波数シフター、および前記合成がなされた計測光のビート成分を検出する手段を備えてなる光ヘテロダイン検出系と、
この光ヘテロダイン検出系の出力信号に含まれるビート信号に対する、脈波帯域信号の強度比に基づいて画像信号を生成する画像信号生成手段とからなる血管の画像化装置。Light source means for emitting measurement light incident on a living body;
Scanning means for scanning the measurement light with respect to the living body;
An optical system that divides a part of the measurement light from the optical path before entering the living body, and then combines it with the measurement light emitted from the living body. An optical heterodyne detection system comprising a frequency shifter for providing a difference, and means for detecting a beat component of the combined measurement light;
A blood vessel imaging device comprising image signal generating means for generating an image signal based on an intensity ratio of a pulse wave band signal to a beat signal included in an output signal of the optical heterodyne detection system.
前記画像信号生成手段が、この周波数分析手段により周波数軸上で互いに分離された前記ビート信号および脈波帯域信号から、前記強度比を求めるように構成されていることを特徴とする請求項1記載の血管の画像化装置。Means is provided for frequency analysis of the output signal of the optical heterodyne detection system,
2. The image signal generating means is configured to obtain the intensity ratio from the beat signal and pulse wave band signal separated from each other on the frequency axis by the frequency analyzing means. Blood vessel imaging device.
この計測光を前記生体に対して走査させる走査手段と、
前記計測光の一部を前記生体に入射する前の光路から分岐した後、前記生体から出射した計測光と合成する光学系、前記分岐がなされて2系統の光路を進む該計測光に互いに周波数差を与える周波数シフター、および前記合成がなされた計測光のビート成分を検出する手段を備えてなる光ヘテロダイン検出系と、
この光ヘテロダイン検出系の出力信号に含まれるビート信号の、脈波帯域周波数での変調度に基づいて画像信号を生成する画像信号生成手段とからなる血管の画像化装置。Light source means for emitting measurement light incident on a living body;
Scanning means for scanning the measurement light with respect to the living body;
An optical system that divides a part of the measurement light from the optical path before entering the living body, and then combines it with the measurement light emitted from the living body. An optical heterodyne detection system comprising a frequency shifter for providing a difference, and means for detecting a beat component of the combined measurement light;
A blood vessel imaging apparatus comprising image signal generation means for generating an image signal based on a modulation degree of a beat signal included in an output signal of the optical heterodyne detection system at a pulse wave band frequency.
前記画像信号生成手段が、この脈波検出手段の出力信号に基づいて、前記ビート信号が所定位相にあるときの信号値をサンプリングするように構成されていることを特徴とする請求項4記載の血管の画像化装置。While providing a pulse wave detection means for detecting the pulse wave of the living body,
5. The image signal generating unit is configured to sample a signal value when the beat signal is in a predetermined phase based on an output signal of the pulse wave detecting unit. Blood vessel imaging device.
前記光ヘテロダイン検出系として、前記複数の発光部からの計測光の各々のビート成分を並列検出可能なものが用いられて、これらの光源手段および光ヘテロダイン検出系が、前記走査手段の少なくとも一部を構成していることを特徴とする請求項1から6いずれか1項記載の血管の画像化装置。As the light source means, one in which a plurality of light emitting units emitting the measurement light are arranged one-dimensionally or two-dimensionally is used,
As the optical heterodyne detection system, one capable of detecting beat components of measurement light from the plurality of light emitting units in parallel is used, and these light source means and optical heterodyne detection system are at least part of the scanning means. The blood vessel imaging apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the blood vessel imaging apparatus is configured.
前記第1の計測光および第2の計測光を、互いに生体の同一部分に入射させる入射光学系と、
前記第1の計測光および第2の計測光を、前記生体に対して走査させる走査手段と、
前記第1の計測光の一部を前記生体に入射する前の光路から分岐した後、前記生体から出射した第1の計測光と合成する光学系、前記分岐がなされて2系統の光路を進む該第1の計測光に互いに周波数差を与える周波数シフター、および前記合成がなされた第1の計測光のビート成分を検出する手段を備えてなる第1の光ヘテロダイン検出系と、
前記第2の計測光の一部を前記生体に入射する前の光路から分岐した後、前記生体から出射した第2の計測光と合成する光学系、前記分岐がなされて2系統の光路を進む該第2の計測光に互いに周波数差を与える周波数シフター、および前記合成がなされた第2の計測光のビート成分を検出する手段を備えてなる第2の光ヘテロダイン検出系と、
この第2の光ヘテロダイン検出系および前記第1の光ヘテロダイン検出系がそれぞれ出力したビート成分検出信号から酸素飽和度と一義的に対応する特性値を算出し、この特性値に基づいて画像信号を生成する画像信号生成手段とからなる血管の画像化装置。Light source means for emitting first measurement light and second measurement light having different wavelengths from each other;
An incident optical system for causing the first measurement light and the second measurement light to enter the same part of the living body;
Scanning means for scanning the living body with the first measurement light and the second measurement light;
After branching a part of the first measurement light from the optical path before entering the living body, the optical system for synthesizing with the first measurement light emitted from the living body, the branching is performed, and the two optical paths are advanced. A first optical heterodyne detection system comprising: a frequency shifter for giving a frequency difference to the first measurement light; and means for detecting a beat component of the synthesized first measurement light;
After branching a part of the second measurement light from the optical path before entering the living body, the optical system for combining with the second measurement light emitted from the living body, the branching is performed, and the two optical paths are advanced. A second optical heterodyne detection system comprising: a frequency shifter that gives a frequency difference to the second measurement light; and a means for detecting a beat component of the synthesized second measurement light;
A characteristic value uniquely corresponding to the oxygen saturation is calculated from the beat component detection signals output by the second optical heterodyne detection system and the first optical heterodyne detection system, respectively, and an image signal is calculated based on the characteristic value. A blood vessel imaging device comprising image signal generating means for generating.
このフィルター手段によって抽出された信号のレベルを測定するレベル測定手段とが設けられ、
前記画像信号生成手段が、このレベル測定手段の出力信号に基づいて前記脈波による振幅量を求めるように構成されていることを特徴とする請求項9記載の血管の画像化装置。Filter means for extracting a modulation component of the frequency of the pulse wave band from beat component detection signals output from the first optical heterodyne detection system and the second optical heterodyne detection system;
Level measuring means for measuring the level of the signal extracted by the filter means is provided,
10. The blood vessel imaging apparatus according to claim 9, wherein the image signal generating means is configured to obtain an amplitude amount by the pulse wave based on an output signal of the level measuring means.
この脈波検出手段の出力信号に基づいて、前記ビート成分検出信号がピーク値およびボトム値を取るタイミングで該信号の値をサンプリングする手段とが設けられ、
前記画像信号生成手段が、前記サンプリングされた信号値から前記脈波による振幅量を求めるように構成されていることを特徴とする請求項9記載の血管の画像化装置。Pulse wave detection means for detecting the pulse wave of the living body;
Based on the output signal of the pulse wave detection means, means for sampling the value of the signal at the timing when the beat component detection signal takes the peak value and the bottom value is provided,
10. The blood vessel imaging apparatus according to claim 9, wherein the image signal generating means is configured to obtain an amplitude amount by the pulse wave from the sampled signal value.
前記第1および第2の光ヘテロダイン検出系として、前記複数の発光部からの計測光の各々のビート成分を並列検出可能なものが用いられて、
これらの光源手段および光ヘテロダイン検出系が、前記走査手段の少なくとも一部を構成していることを特徴とする請求項8から13いずれか1項記載の血管の画像化装置。As the light source means, one in which a plurality of light emitting sections emitting the measurement light are arranged one-dimensionally or two-dimensionally is used,
As the first and second optical heterodyne detection systems, those capable of detecting beat components of measurement light from the plurality of light emitting units in parallel are used,
14. The blood vessel imaging apparatus according to claim 8, wherein the light source means and the optical heterodyne detection system constitute at least a part of the scanning means.
前記計測光の一部を前記生体に入射する前の光路から分岐した後、前記生体から出射した計測光と合成する光学系、前記分岐がなされて2系統の光路を進む該計測光に互いに周波数差を与える周波数シフター、および前記合成がなされた計測光のビート成分を検出する手段を備えてなる光ヘテロダイン検出系と、
この光ヘテロダイン検出系の出力信号に含まれるビート信号に対する、脈波帯域信号の強度比に基づいて前記生体の脈波を示す脈波信号を形成する脈波信号生成手段とからなる脈波信号の空間分布測定装置。Light source means for emitting measurement light incident on a living body;
An optical system that divides a part of the measurement light from the optical path before entering the living body, and then combines it with the measurement light emitted from the living body. An optical heterodyne detection system comprising a frequency shifter for providing a difference, and means for detecting a beat component of the combined measurement light;
A pulse wave signal comprising pulse wave signal generating means for forming a pulse wave signal indicating the pulse wave of the living body based on the intensity ratio of the pulse wave band signal to the beat signal included in the output signal of the optical heterodyne detection system. Spatial distribution measuring device.
前記計測光の一部を前記生体に入射する前の光路から分岐した後、前記生体から出射した計測光と合成する光学系、前記分岐がなされて2系統の光路を進む該計測光に互いに周波数差を与える周波数シフター、および前記合成がなされた計測光のビート成分を検出する手段を備えてなる光ヘテロダイン検出系と、
この光ヘテロダイン検出系の出力信号に含まれるビート信号の、脈波帯域周波数での変調度が所定の閾値よりも大である場合に、生体の動脈波を示す脈波信号を生成する脈波信号生成手段とからなる脈波信号の空間分布測定装置。 Light source means for emitting measurement light incident on a living body;
An optical system that divides a part of the measurement light from the optical path before entering the living body, and then combines it with the measurement light emitted from the living body. An optical heterodyne detection system comprising a frequency shifter for providing a difference, and means for detecting a beat component of the combined measurement light;
If the beat signal included in the output signal of the optical heterodyne detection system, the degree of modulation in the pulse wave band frequency is greater than a predetermined threshold value, the pulse wave signal to generate a pulse wave signal indicating the artery pulse wave of a living body An apparatus for measuring a spatial distribution of a pulse wave signal comprising a generating means .
前記第1の計測光および第2の計測光を、互いに生体の同一部分に入射させる入射光学系と、
前記第1の計測光および第2の計測光を、前記生体に対して走査させる走査手段と、
前記第1の計測光の一部を前記生体に入射する前の光路から分岐した後、前記生体から出射した第1の計測光と合成する光学系、前記分岐がなされて2系統の光路を進む該第1の計測光に互いに周波数差を与える周波数シフター、および前記合成がなされた第1の計測光のビート成分を検出する手段を備えてなる第1の光ヘテロダイン検出系と、
前記第2の計測光の一部を前記生体に入射する前の光路から分岐した後、前記生体から出射した第2の計測光と合成する光学系、前記分岐がなされて2系統の光路を進む該第2の計測光に互いに周波数差を与える周波数シフター、および前記合成がなされた第2の計測光のビート成分を検出する手段を備えてなる第2の光ヘテロダイン検出系と、
この第2の光ヘテロダイン検出系および前記第1の光ヘテロダイン検出系がそれぞれ出力したビート成分検出信号から酸素飽和度と一義的に対応する特性値を算出し、この特性値に基づいて前記生体の脈波を示す脈波信号を形成する脈波信号生成手段とからなる脈波信号の空間分布測定装置。Light source means for emitting first measurement light and second measurement light having different wavelengths from each other;
An incident optical system for causing the first measurement light and the second measurement light to enter the same part of the living body;
Scanning means for scanning the living body with the first measurement light and the second measurement light;
After branching a part of the first measurement light from the optical path before entering the living body, the optical system for synthesizing with the first measurement light emitted from the living body, the branching is performed, and the two optical paths are advanced. A first optical heterodyne detection system comprising: a frequency shifter for giving a frequency difference to the first measurement light; and means for detecting a beat component of the synthesized first measurement light;
After branching a part of the second measurement light from the optical path before entering the living body, the optical system for combining with the second measurement light emitted from the living body, the branching is performed, and the two optical paths are advanced. A second optical heterodyne detection system comprising: a frequency shifter that gives a frequency difference to the second measurement light; and a means for detecting a beat component of the synthesized second measurement light;
A characteristic value uniquely corresponding to oxygen saturation is calculated from beat component detection signals output from the second optical heterodyne detection system and the first optical heterodyne detection system, respectively, and based on this characteristic value, A pulse wave signal spatial distribution measuring device comprising pulse wave signal generating means for forming a pulse wave signal indicating a pulse wave.
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