(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023129991
(43)【公開日】2023-09-20
(54)【発明の名称】毛細血管画像確認装置
(51)【国際特許分類】
A61B 5/107 20060101AFI20230912BHJP
A61B 5/026 20060101ALI20230912BHJP
【FI】
A61B5/107 800
A61B5/026 120
【審査請求】未請求
【請求項の数】2
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022034391
(22)【出願日】2022-03-07
【新規性喪失の例外の表示】特許法第30条第2項適用申請有り 令和3年3月9日~11日に開催されたThe 2021 IEEE 3rd Global Conference on Life Sciences and Technologies(LifeTech 2021)にて、発表した。また、令和3年6月15日~17日に開催された第60回日本生体医工学会大会にて、発表した。
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】(出願人による申告)令和3年度、国立研究開発法人科学技術振興機構研究成果展開事業 センター・オブ・イノベーションプログラム『運動の生活カルチャー化により活力ある未来をつくるアクティブ・フォー・オール拠点』委託研究開発、産業技術力強化法第17条の適用を受ける特許出願
(71)【出願人】
【識別番号】593006630
【氏名又は名称】学校法人立命館
(74)【代理人】
【識別番号】100154014
【弁理士】
【氏名又は名称】正木 裕士
(74)【代理人】
【識別番号】100154520
【弁理士】
【氏名又は名称】三上 祐子
(72)【発明者】
【氏名】岡田 志麻
(72)【発明者】
【氏名】辻 涼平
【テーマコード(参考)】
4C017
4C038
【Fターム(参考)】
4C017AA11
4C017AB02
4C017AC27
4C017FF05
4C038VA04
4C038VB22
4C038VC05
(57)【要約】
【課題】毛細血管の状態を画像で確認することができる毛細血管画像確認装置を提供する。
【解決手段】カメラにて撮像された人体の画像データを取得する画像データ取得手段(ステップS1、ステップS2)と、
画像データ取得手段にて取得した人体の画像データにおけるRGBの画素値を算出する算出手段(ステップS7)と、
算出手段にて算出したRGBの画素値に基づいて、人体の画像データのG/R値を抽出する抽出手段(ステップS7)と、
抽出手段にて抽出したG/R値の画像に変換する画像変換手段(ステップS8)と、を有してなる。
【選択図】
図2
【特許請求の範囲】
【請求項1】
人体を撮像可能なカメラと、
前記カメラにて撮像された人体の画像データを取得する画像データ取得手段と、
前記画像データ取得手段にて取得した前記人体の画像データにおけるRGBの画素値を算出する算出手段と、
前記算出手段にて算出したRGBの画素値に基づいて、前記人体の画像データのG/R値を抽出する抽出手段と、
前記抽出手段にて抽出した前記G/R値の画像に変換する画像変換手段と、を有してなる毛細血管画像確認装置。
【請求項2】
前記画像データ取得手段にて取得した前記人体の画像データの一部を切り出す切り出し手段と、
前記切り出し手段にて切り出した前記人体の画像データの一部におけるRGB色空間を、色相(H)と彩度(S)と輝度(V)で表現するHSV色空間に変換する第1変換手段と、
前記第1変換手段にて変換したHSV色空間のうち、輝度(V)を削除する削除手段と、
前記削除手段にて輝度(V)を削除したHSV色空間をRGB色空間に変換する第2変換手段と、をさらに有し、
前記算出手段は、前記第2変換手段にて変換したRGB色空間におけるRGBの画素値を算出してなる請求項1に記載の毛細血管画像確認装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、毛細血管画像確認装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、サーモグラフィによる血管の収縮拡張(血液は温度も伝えるため、収縮すると温度が下がり、拡張すると温度が上がる)の計測手法が知られている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
上記の計測手法は、非接触であるものの、外気の温度の影響、例えば、風が少し吹くだけでも表面温度が変わるなどノイズに対してとても弱く、さらに、時定数が長く、分単位での変化しか見れないという問題があった。
【0004】
そこで、本出願人は、上記のような問題を解決すべく、新たな計測手法で自律神経系活動の評価を行うことができる技術を提案している(特許文献2参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2016-87307公報
【特許文献2】特開2020-192053号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、上記のような技術は、非接触で簡単容易に自律神経系活動の評価を行うことができるものの、自律神経の変動に伴って起こる毛細血管の収縮と拡張が確認できる毛細血管画像を取得しようとすると、不鮮明な画像しか取得することができず、もって、毛細血管の状態を画像で確認することができないという問題があった。
【0007】
そこで、本発明は、上記問題に鑑み、毛細血管の状態を画像で確認することができる毛細血管画像確認装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記本発明の目的は、以下の手段によって達成される。なお、括弧内は、後述する実施形態の参照符号を付したものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0009】
請求項1に係る毛細血管画像確認装置は、人体(M)を撮像可能なカメラ(2)と、
前記カメラ(2)にて撮像された人体(M)の画像データを取得する画像データ取得手段(ステップS1、ステップS2)と、
前記画像データ取得手段(ステップS1、ステップS2)にて取得した前記人体(M)の画像データにおけるRGBの画素値を算出する算出手段(ステップS7)と、
前記算出手段(ステップS7)にて算出したRGBの画素値に基づいて、前記人体(M)の画像データのG/R値を抽出する抽出手段(ステップS7)と、
前記抽出手段(ステップS7)にて抽出した前記G/R値の画像に変換する画像変換手段(ステップS8)と、を有してなることを特徴としている。
【0010】
請求項2に係る毛細血管画像確認装置は、上記請求項1に記載の毛細血管画像確認装置において、前記画像データ取得手段(ステップS1、ステップS2)にて取得した前記人体(M)の画像データの一部を切り出す切り出し手段(ステップS3)と、
前記切り出し手段(ステップS3)にて切り出した前記人体(M)の画像データの一部におけるRGB色空間を、色相(H)と彩度(S)と輝度(V)で表現するHSV色空間に変換する第1変換手段(ステップS4)と、
前記第1変換手段(ステップS4)にて変換したHSV色空間のうち、輝度(V)を削除する削除手段(ステップS5)と、
前記削除手段(ステップS5)にて輝度(V)を削除したHSV色空間をRGB色空間に変換する第2変換手段(ステップS6)と、をさらに有し、
前記算出手段(ステップS7)は、前記第2変換手段(ステップS6)にて変換したRGB色空間におけるRGBの画素値を算出してなることを特徴としている。
【発明の効果】
【0011】
次に、本発明の効果について、図面の参照符号を付して説明する。なお、括弧内は、後述する実施形態の参照符号を付したものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0012】
請求項1に係る発明によれば、人体(M)の画像データにおけるRGBの画素値を算出し、算出したRGBの画素値に基づいて、人体(M)の画像データのG/R値を抽出し、そして、抽出したG/R値の画像に変換するようにしている。これにより、自律神経の変動に伴って起こる毛細血管(MK)の収縮と拡張を確認することができる鮮明な毛細血管(MK)の画像を取得することができ、もって、毛細血管(MK)の状態を画像で確認することができる。
【0013】
請求項2に係る発明によれば、切り出した人体(M)の画像データの一部におけるRGB色空間を、色相(H)と彩度(S)と輝度(V)で表現するHSV色空間に変換し、その変換したHSV色空間のうち、輝度(V)を削除し、輝度(V)を削除したHSV色空間をRGB色空間に変換するようにしている。このようにすれば、室内の照明等撮影環境に左右されないデータを抽出することができ、もって、より鮮明な毛細血管(MK)の画像を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【
図1】本発明に係る毛細血管画像確認装置の一実施形態を示すブロック図である。
【
図2】同実施形態に係る毛細血管画像確認装置の制御手順を示すフローチャート図である。
【
図3】(a)は切り出した人体の一部の画像例を示し、(b)は(a)に示す画像例を、抽出したG/R値の画像に変換した場合の画像例を示す図である。
【
図4】(a)は、光の3原色が皮膚のどこまで浸透するのかを説明する説明図、(b)は、ヘモグロビンの吸光度を示すグラフ図である。
【
図5】(a)は、毛細血管収縮時の赤色及び緑色の光の反射量を示す説明図、(b)は、毛細血管拡張時の赤色及び緑色の光の反射量を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明に係る毛細血管画像確認装置の一実施形態を、図面を参照して具体的に説明する。なお、以下の説明において、上下左右の方向を示す場合は、図示正面から見た場合の上下左右をいうものとする。
【0016】
本実施形態に係る毛細血管画像確認装置は、人体を撮像し、撮像した画像からG(Green)とR(Red)値の比を抽出することによって、毛細血管画像を確認できるようにするものである。
【0017】
この点、より詳しく説明すると、毛細血管画像を確認できるようになれば、毛細血管の収縮と拡張を確認することができ、もって、自律神経系の活動評価などに応用することができる。そこで、本発明者らは、毛細血管に着目することとした。すなわち、
図4(a)に示すように、人体の皮膚MHは、表皮MHaと、真皮MHbと、皮下組織MHcと、で構成されており、真皮MHbには、毛細血管MKが存在している。そして、光の3原色のうち、青色の光LBは、毛細血管MKまで浸透せず、緑色の光LG及び赤色の光LRは、毛細血管MKまで浸透する特性がある。
【0018】
一方、人体の血液中に見られる赤血球の中に存在するタンパク質であるヘモグロビンは、
図4(b)に示すように、490nm~550nmの波長の光、すなわち、緑色の光LGを吸収しやすく、640nm~770nmの波長の光、すなわち、赤色の光LRを吸収しにくく、反射しやすいという特性がある。
【0019】
かくして、このような特性に着目すると、以下のような特性があることが分かる。すなわち、人体がストレス等を感じ交感神経が働いている時、
図5(a)に示すように、毛細血管MKは収縮することとなるから、ヘモグロビン量が減少することとなる。しかして、このような状態で、
図5(a)に示すように、赤色の光LRが照射されると、ヘモグロビン量が減少していることから、反射される光の量が減少し、もって、反射される赤色の光LRは少なくなる(図示、赤色の反射光LRa参照)。一方、緑色の光LGが照射されると、ヘモグロビン量が減少していることから、緑色の光LGの吸収量が減少し、もって、照射された多くの緑色の光LGが反射(図示、緑色の反射光LGa参照)されることとなる。
【0020】
他方、人体がリラックスしている等副交感神経が働いている時、
図5(b)に示すように、毛細血管MKは拡張することとなるから、ヘモグロビン量が増大することとなる。しかして、このような状態で、
図5(b)に示すように、赤色の光LRが照射されると、ヘモグロビン量が増大していることから、照射された多くの赤色の光LRが反射(図示、赤色の反射光LRb参照)されることとなる。一方、緑色の光LGが照射されると、ヘモグロビン量が増加していることから、緑色の光LGの吸収量が増大し、もって、反射される緑色の光LGは少なくなる(図示、緑色の反射光LGb参照)。
【0021】
かくして、本発明者らは、このような特性に鑑み、人体を撮像し、そして、その撮像した画像のG(Green)値に着目し、吸収されにくいR(Red)値で正規化すれば、従来の技術では取得できなかった、自律神経の変動に伴って起こる毛細血管MKの収縮と拡張が確認できる鮮明な毛細血管画像を取得できるのではないかという考えに至り、
図1に示すような毛細血管画像確認装置1を発明するに至ったものである。以下、図面を参照し、毛細血管画像確認装置1の内容について詳しく説明することとする。
【0022】
図1に示すように、毛細血管画像確認装置1は、人体Mを撮像可能なカメラ2と、画像処理装置3と、で構成されている。
【0023】
カメラ2は、デジタルカメラ、Webカメラ、或いは、スマートフォンやノートパソコン等に内蔵されているカメラ等、透視投影モデルに基づいたカメラ等からなるもので、人体Mの動画や静止画を撮像可能なものである。
【0024】
画像処理装置3は、CPU30と、マウスやキーボード、タッチパネル等にて外部から所定データを画像処理装置3に入力することができる入力部31と、画像処理装置3外に所定データを出力することができる出力部32と、所定のプログラム等を格納した書込み可能なフラッシュROM等からなるROM33と、作業領域やバッファメモリ等として機能するRAM34と、LCD(Liquid Crystal Display)等からなる表示部35と、で構成されている。
【0025】
かくして、上記のような毛細血管画像確認装置1を使用するにあたっては、作業者が、
図1に示す画像処理装置3の入力部31を用いて、ROM33内に格納されているプログラムの起動を指示する。これにより、画像処理装置3のCPU30(
図1参照)は、
図2に示すような処理を行う。以下、
図2を参照して説明する。なお、
図2に示すプログラムの処理内容はあくまで一例であり、これに限定されるものではない。
【0026】
まず、CPU30(
図1参照)は、カメラ2で撮像された人体Mの動画データを取得すると、その取得した動画データを1秒毎の画像データに分割する(ステップS1)。
【0027】
次いで、CPU30(
図1参照)は、分割した1秒毎の画像データの中から1つの画像データを取得する(ステップS2)。
【0028】
次いで、CPU30(
図1参照)は、取得した1つの画像データからROI(Region of Interest)画像を切り出す(ステップS3)。具体例を用いて説明すると、
図1に示すような人体Mから、
図3(a)に示すように、人体Mの一部(
図3(a)では、腕Maを例示している)の画像を切り出すようにする。
【0029】
次いで、CPU30(
図1参照)は、切り出したROI画像をRGB色空間からHSV色空間へ変換する(ステップS4)。RGB色空間とは、赤、緑、青の三原色を混合することにより構成される色空間であり、HSV色空間とは、色相(Hue)、彩度(Saturation・Chroma)、輝度(Value)によって構成される色空間である。なお、色空間の変換は、従来公知の方法により行うことができるため、その詳細な説明は省略することとする。
【0030】
次いで、CPU30(
図1参照)は、HSV色空間へ変換したROI画像の輝度(Value)を削除する処理を行う(ステップS5)。
【0031】
次いで、CPU30(
図1参照)は、輝度(Value)を削除したROI画像をHSV色空間からRGB色空間へ変換する(ステップS6)。なお、色空間の変換は、従来公知の方法により行うことができるため、その詳細な説明は省略することとする。
【0032】
次いで、CPU30(
図1参照)は、RGB色空間へ変換したROI画像中のR(Red)値、G(Green)値、B(Blue)値の画素値を全て算出し、算出した画素値から、G(Green)/R(Red)値を抽出する(ステップS7)。
【0033】
次いで、CPU30(
図1参照)は、RGB色空間へ変換したROI画像を、抽出したG(Green)/R(Red)値の画像に変換する(ステップS8)。これにより、
図3(a)に示す人体Mの一部(
図3(a)では、腕Maを例示している)を示すROI画像が、
図3(b)に示すような画像に変換されることとなる。しかるに、このようにすれば、
図3(b)に示すように、自律神経の変動に伴って起こる毛細血管MKの収縮と拡張を確認することができる鮮明な毛細血管MKの画像を取得することができることとなり、もって、毛細血管MKの状態を画像で確認することができる。
【0034】
ところで、本実施形態においては、G(Green)値だけを抽出せず、G(Green)/R(Red)値を抽出しているが、これは、値の正規化を行うためである。このようにすれば、室内の照明等撮影環境が値に及ぼす影響を低減させることができ、もって、自律神経の変動に伴って起こる毛細血管MKの収縮と拡張を確認することができる鮮明な毛細血管MKの画像を取得することができる。
【0035】
他方、従来の技術のように、G(Green)/B(Blue)値を抽出することも考えられるが、上記説明したように、青色の光LBは、毛細血管MKまで浸透していないことから、毛細血管MKに関係の無いB(Blue)値で正規化してしまうと、自律神経の変動に伴って起こる毛細血管MKの収縮と拡張を確認することができない不鮮明な画像しか取得することができなくなり、もって、毛細血管の状態を画像で確認することができないという問題が生じる。そこで、本実施形態においては、毛細血管MKまで浸透し、且つ、ヘモグロビンに吸収されにくく反射されやすいR(Red)値で正規化することにより、自律神経の変動に伴って起こる毛細血管MKの収縮と拡張を確認することができる鮮明な毛細血管MKの画像を取得するようにしている。
【0036】
しかして、以上説明した本実施形態によれば、人体Mの一部(
図3(a)では、腕Maを例示している)を示すROI画像中のR(Red)値、G(Green)値、B(Blue)値の画素値を全て算出し、算出した画素値から、G(Green)/R(Red)値を抽出し、そして、上記ROI画像を、抽出したG(Green)/R(Red)値の画像に変換するようにしている。これにより、自律神経の変動に伴って起こる毛細血管MKの収縮と拡張を確認することができる鮮明な毛細血管MKの画像を取得することができるから、毛細血管MKの状態を画像で確認することができる。
【0037】
また、本実施形態においては、室内の照明等撮影環境の影響をより低減させるために、切り出したROI画像をRGB色空間からHSV色空間へ変換し、輝度(Value)を削除した上で、再び、RGB色空間へ変換するようにしている。このようにすれば、室内の照明等撮影環境に左右されないデータを抽出することができ、もって、より鮮明な毛細血管MKの画像を取得することができる。
【0038】
なお、本実施形態において示した形状等はあくまで一例であり、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。例えば、本実施形態においては、人体Mの動画データをカメラ2にて撮像する例を示したが、静止画データでも良い。
【0039】
また、本実施形態においては、ROI画像を切り出す例を示したが、それに限らず、ROI画像を切り出さなくとも、人体Mの画像中のR(Red)値、G(Green)値、B(Blue)値の画素値を全て算出し、算出した画素値から、G(Green)/R(Red)値を抽出し、そして、上記画像を、抽出したG(Green)/R(Red)値の画像に変換するようにしても良い。このようにしても、自律神経の変動に伴って起こる毛細血管MKの収縮と拡張を確認することができる鮮明な毛細血管MKの画像を取得することができるから、毛細血管MKの状態を画像で確認することができる。
【0040】
また、本実施形態においては、カメラ2と画像処理装置3を別々に設ける例を示したが、それに限らず、画像処理装置3にカメラ2を内蔵し、一体にしても良い。
【符号の説明】
【0041】
1 毛細血管画像確認装置
2 カメラ
3 画像処理装置
30 CPU
M 人体
Ma 腕
MH 皮膚
MHa 表皮
MHb 真皮
MHc 皮下組織
MK 毛細血管
LB 青色の光
LG 緑色の光
LR 赤色の光