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(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】P2024145878
(43)【公開日】2024-10-15
(54)【発明の名称】三次元計測システム及び穿刺システム
(51)【国際特許分類】
A61B 5/103 20060101AFI20241004BHJP
A61B 5/153 20060101ALI20241004BHJP
G06T 7/521 20170101ALI20241004BHJP
G06T 7/00 20170101ALI20241004BHJP
【ＦＩ】
A61B5/103
A61B5/153 300
G06T7/521
G06T7/00 612
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023058429
(22)【出願日】2023-03-31
(71)【出願人】
【識別番号】000153030
【氏名又は名称】株式会社ジェイ・エム・エス
(74)【代理人】
【識別番号】100145713
【弁理士】
【氏名又は名称】加藤 竜太
(74)【代理人】
【識別番号】100165157
【弁理士】
【氏名又は名称】芝 哲央
(72)【発明者】
【氏名】竹林 正明
【テーマコード（参考）】
4C038
5L096
【Ｆターム（参考）】
4C038TA03
4C038TA10
4C038UF01
4C038VB40
4C038VC02
5L096AA02
5L096AA09
5L096BA06
5L096BA13
5L096CA09
5L096CA17
5L096FA66
5L096FA67
5L096FA69
5L096GA38
(57)【要約】
【課題】穿刺を行う場合などにおいて、血管領域の三次元的な位置を把握することが可能な三次元計測システムを提供すること。
【解決手段】三次元計測システム１であって、血液が存在する血管領域を含む被検体に測定光Ｌを投光する投光部１０と、被検体に投光された測定光Ｌの戻り光Ｒを撮像する撮像部５０と、制御部１００と、を備え、投光部１０は、測定光Ｌを走査する走査部４０を有し、測定光Ｌは、血液が存在する血管領域とそれ以外の生体組織との間で異なる光学特性を有する特定波長の光であり、制御部１００は、三次元位置決定部１４０を有し、三次元位置決定部１４０は、投光部１０と撮像部５０との間の距離である基線長ＢＬと、基線長ＢＬの延びる方向と測定光Ｌの投光方向とのなす角である投光角度θと、撮像部５０により撮像された測定光Ｌの戻り光Ｒの情報と、に基づいて、血液が存在する血管領域の三次元位置を決定する。
【選択図】図２
【解決手段】三次元計測システム１であって、血液が存在する血管領域を含む被検体に測定光Ｌを投光する投光部１０と、被検体に投光された測定光Ｌの戻り光Ｒを撮像する撮像部５０と、制御部１００と、を備え、投光部１０は、測定光Ｌを走査する走査部４０を有し、測定光Ｌは、血液が存在する血管領域とそれ以外の生体組織との間で異なる光学特性を有する特定波長の光であり、制御部１００は、三次元位置決定部１４０を有し、三次元位置決定部１４０は、投光部１０と撮像部５０との間の距離である基線長ＢＬと、基線長ＢＬの延びる方向と測定光Ｌの投光方向とのなす角である投光角度θと、撮像部５０により撮像された測定光Ｌの戻り光Ｒの情報と、に基づいて、血液が存在する血管領域の三次元位置を決定する。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
血液が存在する血管領域を含む被検体に測定光を投光する投光部と、
前記被検体に投光された前記測定光の戻り光を撮像する撮像部と、
制御部と、を備え、
前記投光部は、前記測定光を走査する走査部を有し、
前記測定光は、血液が存在する血管領域とそれ以外の生体組織との間で異なる光学特性を有する特定波長の光であり、
前記制御部は、三次元位置決定部を有し、
前記三次元位置決定部は、
前記投光部と前記撮像部との間の距離である基線長と、
前記基線長の延びる方向と前記測定光の投光方向とのなす角である投光角度と、
前記撮像部により撮像された前記測定光の戻り光の情報と、に基づいて、
前記血液が存在する血管領域の三次元位置を決定する、三次元計測システム。
前記被検体に投光された前記測定光の戻り光を撮像する撮像部と、
制御部と、を備え、
前記投光部は、前記測定光を走査する走査部を有し、
前記測定光は、血液が存在する血管領域とそれ以外の生体組織との間で異なる光学特性を有する特定波長の光であり、
前記制御部は、三次元位置決定部を有し、
前記三次元位置決定部は、
前記投光部と前記撮像部との間の距離である基線長と、
前記基線長の延びる方向と前記測定光の投光方向とのなす角である投光角度と、
前記撮像部により撮像された前記測定光の戻り光の情報と、に基づいて、
前記血液が存在する血管領域の三次元位置を決定する、三次元計測システム。
【請求項2】
前記測定光はライン光であり、
前記走査部は、前記ライン光を、前記ライン光のライン延在方向と垂直な方向に一次元走査を行う、
請求項１に記載の三次元計測システム。
前記走査部は、前記ライン光を、前記ライン光のライン延在方向と垂直な方向に一次元走査を行う、
請求項１に記載の三次元計測システム。
【請求項3】
前記走査部は、前記投光角度を変化させる投光角度可変部である、
請求項１又は請求項２に記載の三次元計測システム。
請求項１又は請求項２に記載の三次元計測システム。
【請求項4】
前記制御部は、前記投光角度の情報を決定する投光角度情報決定部を有し、
前記三次元位置決定部は、前記投光角度情報決定部により決定された前記投光角度の情報に基づいて、前記血液が存在する血管領域の三次元位置を決定する、
請求項１又は請求項２に記載の三次元計測システム。
前記三次元位置決定部は、前記投光角度情報決定部により決定された前記投光角度の情報に基づいて、前記血液が存在する血管領域の三次元位置を決定する、
請求項１又は請求項２に記載の三次元計測システム。
【請求項5】
前記基線長を変化させる基線長可変部を備え、
前記制御部は、前記基線長可変部により変化する前記基線長の情報を決定する基線長情報決定部を有し、
前記三次元位置決定部は、前記基線長情報決定部により決定された前記基線長の情報に基づいて、前記血液が存在する血管領域の三次元位置を決定する、
請求項１又は請求項２に記載の三次元計測システム。
前記制御部は、前記基線長可変部により変化する前記基線長の情報を決定する基線長情報決定部を有し、
前記三次元位置決定部は、前記基線長情報決定部により決定された前記基線長の情報に基づいて、前記血液が存在する血管領域の三次元位置を決定する、
請求項１又は請求項２に記載の三次元計測システム。
【請求項6】
前記投光部は、前記走査部の走査により、投光角度を変化させながら測定光を投光し、
前記三次元位置決定部は、前記撮像部により撮像された異なる投光角度における測定光の戻り光の情報に基づいて、前記血液が存在する血管領域の三次元形状を決定する、
請求項１又は請求項２に記載の三次元計測システム。
前記三次元位置決定部は、前記撮像部により撮像された異なる投光角度における測定光の戻り光の情報に基づいて、前記血液が存在する血管領域の三次元形状を決定する、
請求項１又は請求項２に記載の三次元計測システム。
【請求項7】
前記測定光は、波長の異なる複数の測定光を有し、
前記複数の測定光は、酸素化ヘモグロビン及び脱酸素化ヘモグロビンに対する吸光特性が異なり、
前記制御部は、画像解析部と、出力部を有し、
前記画像解析部は、前記撮像部により撮像された前記波長の異なる複数の測定光の戻り光の情報に基づいて、静脈と動脈とを分別し、
前記出力部は、前記三次元位置決定部により決定された前記血液が存在する血管領域の三次元位置を、静脈であるか動脈であるかを分別して出力可能である、
請求項１又は請求項２に記載の三次元計測システム。
前記複数の測定光は、酸素化ヘモグロビン及び脱酸素化ヘモグロビンに対する吸光特性が異なり、
前記制御部は、画像解析部と、出力部を有し、
前記画像解析部は、前記撮像部により撮像された前記波長の異なる複数の測定光の戻り光の情報に基づいて、静脈と動脈とを分別し、
前記出力部は、前記三次元位置決定部により決定された前記血液が存在する血管領域の三次元位置を、静脈であるか動脈であるかを分別して出力可能である、
請求項１又は請求項２に記載の三次元計測システム。
【請求項8】
前記測定光は、第１測定光と、前記第１測定光とは波長の異なる第２測定光を有し、
酸素化ヘモグロビンにおける前記第１測定光の吸収率は、脱酸素化ヘモグロビンにおける前記第１測定光の吸収率よりも高く、
酸素化ヘモグロビンにおける前記第２測定光の吸収率は、脱酸素化ヘモグロビンにおける前記第２測定光の吸収率よりも低く、
前記画像解析部は、前記撮像部により撮像された前記第１測定光の戻り光の情報と、前記第２測定光の戻り光の情報に基づいて、静脈と動脈とを分別する、
請求項７に記載の三次元計測システム。
酸素化ヘモグロビンにおける前記第１測定光の吸収率は、脱酸素化ヘモグロビンにおける前記第１測定光の吸収率よりも高く、
酸素化ヘモグロビンにおける前記第２測定光の吸収率は、脱酸素化ヘモグロビンにおける前記第２測定光の吸収率よりも低く、
前記画像解析部は、前記撮像部により撮像された前記第１測定光の戻り光の情報と、前記第２測定光の戻り光の情報に基づいて、静脈と動脈とを分別する、
請求項７に記載の三次元計測システム。
【請求項9】
前記測定光は、前記第１測定光及び前記第２測定光とは波長の異なる第３測定光を有し、
酸素化ヘモグロビンにおける前記第３測定光の吸収率と、脱酸素化ヘモグロビンにおける前記第３測定光の吸収率は略等しく、
前記画像解析部は、前記撮像部により撮像された前記第１測定光の戻り光の情報と、前記第２測定光の戻り光の情報と、前記第３測定光の戻り光の情報とに基づいて、静脈と動脈とを分別する、
請求項８に記載の三次元計測システム。
酸素化ヘモグロビンにおける前記第３測定光の吸収率と、脱酸素化ヘモグロビンにおける前記第３測定光の吸収率は略等しく、
前記画像解析部は、前記撮像部により撮像された前記第１測定光の戻り光の情報と、前記第２測定光の戻り光の情報と、前記第３測定光の戻り光の情報とに基づいて、静脈と動脈とを分別する、
請求項８に記載の三次元計測システム。
【請求項10】
前記投光部は、前記測定光に加えて、少なくとも皮膚表面で反射する波長帯域を含む光であって、前記測定光とは波長の異なるモニタ光を前記被検体に投光可能であり、
前記投光部は、前記走査部の走査により、投光角度を変化させながら前記測定光及び前記モニタ光を投光し、
前記三次元位置決定部は、前記撮像部により撮像された異なる投光角度における前記測定光及び前記モニタ光の戻り光の情報に基づいて、前記血液が存在する血管領域の三次元形状及び前記皮膚表面の三次元形状を決定し、
前記制御部は、出力部を有し、
前記出力部は、前記血液が存在する血管領域の三次元形状の情報と、前記皮膚表面の三次元形状の情報を関連付けた状態で出力可能である、
請求項１又は請求項２に記載の三次元計測システム。
前記投光部は、前記走査部の走査により、投光角度を変化させながら前記測定光及び前記モニタ光を投光し、
前記三次元位置決定部は、前記撮像部により撮像された異なる投光角度における前記測定光及び前記モニタ光の戻り光の情報に基づいて、前記血液が存在する血管領域の三次元形状及び前記皮膚表面の三次元形状を決定し、
前記制御部は、出力部を有し、
前記出力部は、前記血液が存在する血管領域の三次元形状の情報と、前記皮膚表面の三次元形状の情報を関連付けた状態で出力可能である、
請求項１又は請求項２に記載の三次元計測システム。
【請求項11】
請求項１又は請求項２に記載の三次元計測システムと、穿刺制御部と、穿刺部とを備えた穿刺システムであって、
前記穿刺制御部は、前記三次元計測システムにより決定された前記血液が存在する血管の三次元位置の情報に基づいて、前記穿刺部を制御する、穿刺システム。
前記穿刺制御部は、前記三次元計測システムにより決定された前記血液が存在する血管の三次元位置の情報に基づいて、前記穿刺部を制御する、穿刺システム。
【請求項12】
前記撮像部は、前記穿刺部の針への血液の流入状況を撮像可能に設けられ、
前記制御部は、画像解析部を有し、
前記画像解析部は、前記撮像部が撮像した画像に基づき、前記針への血液の流入を判定し、
前記穿刺制御部は、前記画像解析部の判定結果に基づき、前記穿刺部を制御する、
請求項１１に記載の穿刺システム。
前記制御部は、画像解析部を有し、
前記画像解析部は、前記撮像部が撮像した画像に基づき、前記針への血液の流入を判定し、
前記穿刺制御部は、前記画像解析部の判定結果に基づき、前記穿刺部を制御する、
請求項１１に記載の穿刺システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、三次元計測システム及び穿刺システムに関する。
【背景技術】
【0002】
医療現場においては、薬剤投与、採血、或いは血液透析等のため、日々多数回の血管への注射針の穿刺が医療従事者によって行われている。
しかしながら、近年、医療従事者の不足が深刻化することが懸念されている。その一方で、医療従事者を必要とする高齢者が増加する傾向にある。このことから、医療機関における医療行為の自動化、省力化が期待されている。
特許文献１には、皮膚表層部の血管像を取得し、血管と採血用針との相対的位置情報に基づき、採血用針を移動させる技術が開示されている。
しかしながら、近年、医療従事者の不足が深刻化することが懸念されている。その一方で、医療従事者を必要とする高齢者が増加する傾向にある。このことから、医療機関における医療行為の自動化、省力化が期待されている。
特許文献１には、皮膚表層部の血管像を取得し、血管と採血用針との相対的位置情報に基づき、採血用針を移動させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平８－１６４１２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、特許文献１に示される技術においては、血管の三次元的な位置を把握することはできない。よって、穿刺を行う場合などにおいて、血管の正確な位置を把握することが困難であった。
【0005】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、穿刺を行う場合などにおいて、血管領域の三次元的な位置を把握することが可能な三次元計測システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
（１）本発明は、血液が存在する血管領域を含む被検体に測定光を投光する投光部と、前記被検体に投光された前記測定光の戻り光を撮像する撮像部と、制御部と、を備え、前記投光部は、前記測定光を走査する走査部を有し、前記測定光は、血液が存在する血管領域とそれ以外の生体組織との間で異なる光学特性を有する特定波長の光であり、前記制御部は、三次元位置決定部を有し、前記三次元位置決定部は、前記投光部と前記撮像部との間の距離である基線長と、前記基線長の延びる方向と前記測定光の投光方向とのなす角である投光角度と、前記撮像部により撮像された前記測定光の戻り光の情報と、に基づいて、前記血液が存在する血管領域の三次元位置を決定する三次元計測システムに関する。
【0007】
（２）また、（１）の三次元計測システムにおいて、前記測定光はライン光であり、前記走査部は、前記ライン光を、前記ライン光のライン延在方向と垂直な方向に一次元走査を行うことが好ましい。
【0008】
（３）また、（１）又は（２）の三次元計測システムにおいて、前記走査部は、前記投光角度を変化させる投光角度可変部であることが好ましい。
【0009】
（４）また、（１）～（３）の三次元計測システムにおいて、前記制御部は、前記投光角度の情報を決定する投光角度情報決定部を有し、前記三次元位置決定部は、前記投光角度情報決定部により決定された前記投光角度の情報に基づいて、前記血液が存在する血管領域の三次元位置を決定することが好ましい。
【0010】
（５）また、（１）～（４）の三次元計測システムにおいて、前記基線長を変化させる基線長可変部を備え、前記制御部は、前記基線長可変部により変化する前記基線長の情報を決定する基線長情報決定部を有し、前記三次元位置決定部は、前記基線長情報決定部により決定された前記基線長の情報に基づいて、前記血液が存在する血管領域の三次元位置を決定することが好ましい。
【0011】
（６）また、（１）～（５）の三次元計測システムにおいて、前記投光部は、前記走査部の走査により、投光角度を変化させながら測定光を投光し、前記三次元位置決定部は、前記撮像部により撮像された異なる投光角度における測定光の戻り光の情報に基づいて、前記血液が存在する血管領域の三次元形状を決定することが好ましい。
【0012】
（７）また、（１）～（６）の三次元計測システムにおいて、前記測定光は、波長の異なる複数の測定光を有し、前記複数の測定光は、酸素化ヘモグロビン及び脱酸素化ヘモグロビンに対する吸光特性が異なり、前記制御部は、画像解析部と、出力部を有し、前記画像解析部は、前記撮像部により撮像された前記波長の異なる複数の測定光の戻り光の情報に基づいて、静脈と動脈とを分別し、前記出力部は、前記三次元位置決定部により決定された前記血液が存在する血管領域の三次元位置を、静脈であるか動脈であるかを分別して出力可能であることが好ましい。
【0013】
（８）また、（７）の三次元計測システムにおいて、前記測定光は、第１測定光と、前記第１測定光とは波長の異なる第２測定光を有し、酸素化ヘモグロビンにおける前記第１測定光の吸収率は、脱酸素化ヘモグロビンにおける前記第１測定光の吸収率よりも高く、酸素化ヘモグロビンにおける前記第２測定光の吸収率は、脱酸素化ヘモグロビンにおける前記第２測定光の吸収率よりも低く、前記画像解析部は、前記撮像部により撮像された前記第１測定光の戻り光の情報と、前記第２測定光の戻り光の情報に基づいて、静脈と動脈とを分別することが好ましい。
【0014】
（９）また、（８）の三次元計測システムにおいて、前記測定光は、前記第１測定光及び前記第２測定光とは波長の異なる第３測定光を有し、酸素化ヘモグロビンにおける前記第３測定光の吸収率と、脱酸素化ヘモグロビンにおける前記第３測定光の吸収率は略等しく、前記画像解析部は、前記撮像部により撮像された前記第１測定光の戻り光の情報と、前記第２測定光の戻り光の情報と、前記第３測定光の戻り光の情報とに基づいて、静脈と動脈とを分別することが好ましい。
【0015】
（１０）また、（１）～（９）の三次元計測システムにおいて、前記投光部は、前記測定光に加えて、少なくとも皮膚表面で反射する波長帯域を含む光であって、前記測定光とは波長の異なるモニタ光を前記被検体に投光可能であり、前記投光部は、前記走査部の走査により、投光角度を変化させながら前記測定光及び前記モニタ光を投光し、前記三次元位置決定部は、前記撮像部により撮像された異なる投光角度における前記測定光及び前記モニタ光の戻り光の情報に基づいて、前記血液が存在する血管領域の三次元形状及び前記皮膚表面の三次元形状を決定し、前記制御部は、出力部を有し、前記出力部は、前記血液が存在する血管領域の三次元形状の情報と、前記皮膚表面の三次元形状の情報を関連付けた状態で出力可能であることが好ましい。
【0016】
（１１）本発明は、（１）～（１０）の三次元計測システムと、穿刺制御部と、穿刺部とを備えた穿刺システムであって、前記穿刺制御部は、前記三次元計測システムにより決定された前記血液が存在する血管の三次元位置の情報に基づいて、前記穿刺部を制御する穿刺システムに関する。
【0017】
（１２）また、（１１）の穿刺システムにおいて、前記撮像部は、前記穿刺部の針への血液の流入状況を撮像可能に設けられ、前記制御部は、画像解析部を有し、前記画像解析部は、前記撮像部が撮像した画像に基づき、前記針への血液の流入を判定し、前記穿刺制御部は、前記画像解析部の判定結果に基づき、前記穿刺部を制御することが好ましい。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、穿刺を行う場合などにおいて、血管領域の三次元的な位置を把握することが可能な三次元計測システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】本発明の第１実施形態の三次元計測システムを、機能ブロックで示した図である。
【図2】上記実施形態の三次元計測システムの構成及び測定原理を概念的に示す図である。
【図3】上記実施形態の三次元計測システムの構成及び測定原理を概念的に示す図である。
【図4】上記実施形態のモザイクフィルタを示す図である。
【図5】上記実施形態の制御部を、機能ブロックで示した図である。
【図6】酸素化ヘモグロビンと、脱酸素化ヘモグロビンの吸光特性を示す図である。
【図7】本発明の第３実施形態の三次元計測システムを、機能ブロックで示した図である。
【図8】本発明の第４実施形態の穿刺システムを、機能ブロックで示した図である。
【図9】上記実施形態の穿刺システムの動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0020】
＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態の三次元計測システム１を、機能ブロックで示した図である。図２及び図３は、本実施形態の三次元計測システム１の構成及び測定原理を概念的に示す図であり、図２は、その構成を立体的に示す図であり、図３は、平面的に示す図である。
以下、本発明の第１実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態の三次元計測システム１を、機能ブロックで示した図である。図２及び図３は、本実施形態の三次元計測システム１の構成及び測定原理を概念的に示す図であり、図２は、その構成を立体的に示す図であり、図３は、平面的に示す図である。
【0021】
本実施形態の三次元計測システム１は、投光部１０と、撮像部５０と、制御部１００を備える。
【0022】
投光部１０は、光源２０と、投光光学系３０と、走査部４０を備える。
【0023】
光源２０は、測定用光源２１を備える。測定用光源２１としては、血液が存在する血管領域とそれ以外の生体組織との間で異なる光学特性を有する特定波長の光を測定光として出射する光源が用いられる。このような特定波長の光を発光する光源として、例えば６００ｎｍ～１５００ｎｍの範囲内の近赤外光を発光するレーザー光源が用いられる。
【0024】
投光光学系３０は、光源２０から出射したレーザー光を、ライン光に整形するための光学系である。投光光学系３０は、ロッドレンズ３１を備える。光源２０から出射したレーザー光は、ロッドレンズ３１を通過することによりライン光（ラインビーム、シートビーム）に整形される。なお、投光光学系３０としてシリンドリカルレンズ等を用いてライン光に整形してもよい。
なお、測定用光源２１として、ハロゲンランプ等の広帯域の光を出射する光源を用いる場合は、光学フィルタにより特定波長の光のみを通過させた上で、さらにスリットを通過させることにより、特定波長のライン光を形成してもよい。但し、測定光の直進性を考慮すれば、指向性の高いレーザー光源を用いることが好ましい。
なお、測定用光源２１として、ハロゲンランプ等の広帯域の光を出射する光源を用いる場合は、光学フィルタにより特定波長の光のみを通過させた上で、さらにスリットを通過させることにより、特定波長のライン光を形成してもよい。但し、測定光の直進性を考慮すれば、指向性の高いレーザー光源を用いることが好ましい。
【0025】
投光部１０は、走査部４０により走査位置を変化させながら測定光Ｌを投光する。具体的には、走査部４０は、投光光学系３０により整形されたライン光を、被検体としての生体に投光角度θを変化させながら投光する。
本実施形態の走査部４０は、スキャニングミラー４１を備えており、被検体に対して、測定光Ｌとしてのライン光を、ライン光のライン延在方向（Ｙ方向）と垂直な方向（Ｘ方向）に一次元走査を行う。このスキャニングミラー４１は、図３に示す投光角度θ、すなわち、後述する投光部１０と撮像部５０との間の距離である基線長ＢＬの延びる方向と測定光Ｌの投光方向とのなす角である投光角度θを変化させる投光角度可変部としての機能を有する。このスキャニングミラー４１としては、例えば１軸のＭＥＭＳミラーなどを用いることができる。
本実施形態の走査部４０は、スキャニングミラー４１を備えており、被検体に対して、測定光Ｌとしてのライン光を、ライン光のライン延在方向（Ｙ方向）と垂直な方向（Ｘ方向）に一次元走査を行う。このスキャニングミラー４１は、図３に示す投光角度θ、すなわち、後述する投光部１０と撮像部５０との間の距離である基線長ＢＬの延びる方向と測定光Ｌの投光方向とのなす角である投光角度θを変化させる投光角度可変部としての機能を有する。このスキャニングミラー４１としては、例えば１軸のＭＥＭＳミラーなどを用いることができる。
【0026】
このような構成により、投光部１０は、投光角度θを変化させながら、連続的又は断続的に複数の位置で測定光Ｌを投光する。
【0027】
撮像部５０は、ＣＣＤやＣＭＯＳイメージセンサ等のイメージセンサ６０と、受光光学系７０を備えている。イメージセンサ６０としては、可視光から近赤外光までの広い波長帯域の光を受光可能なセンサを用いる。イメージセンサ６０の撮像面には、Ｘ方向とＹ方向で規定される二次元平面内に画素が並んでいる。イメージセンサ６０の撮像面の画素数は、測定対象部との距離と、必要とする測定精度に応じて決定されている。
【0028】
イメージセンサ６０の撮像面には、光学フィルタを設けてもよい。測定光Ｌの波長領域の光のみを通過する光学フィルタを設けることにより、測定光Ｌの戻り光Ｒのみを感度良く受光することができる。例えば、イメージセンサ６０の撮像面に、図４に示すような、撮像面の各画素に対応するような格子状のモザイクフィルタ６２を設け、モザイクフィルタ６２の一部を、測定光Ｌの波長領域の光のみを通過する光学フィルタによって構成してもよい。具体的には、赤色フィルタ（Ｒ）、緑色フィルタ（Ｇ）、青色フィルタ（Ｂ）からなる三原色フィルタと、測定光Ｌの波長領域の光のみを通過する帯域制限フィルタ、例えば、近赤外光を通過するＮＩＲフィルタ（Ｎ）とによってフィルタ群を構成し、このフィルタ群を撮像面上に並べて配置してもよい。この場合、測定光Ｌの戻り光Ｒを解析するときには、測定光Ｌの波長領域の光のみを通過する帯域制限フィルタ（ＮＩＲフィルタ）が配置されている画素の情報のみを用いて解析を行うことが好ましい。
なお、このようなモザイクフィルタ６２を用いれば、三原色フィルタを用いて通常画像（白色光画像）を取得することも可能であるため、後述の測定光Ｌの戻り光Ｒを解析結果（測定対象部の三次元位置）と、通常の画像を重ね合わせて表示することなども可能となる。
なお、このようなモザイクフィルタ６２を用いれば、三原色フィルタを用いて通常画像（白色光画像）を取得することも可能であるため、後述の測定光Ｌの戻り光Ｒを解析結果（測定対象部の三次元位置）と、通常の画像を重ね合わせて表示することなども可能となる。
【0029】
投光部１０により投光された測定光Ｌは、被検体の測定対象部で反射するなどして戻り光Ｒとなり、この戻り光Ｒは、受光光学系７０を通過し、イメージセンサ６０の撮像面に入射する。撮像部５０は、異なる投光角度θで投光された測定光Ｌの戻り光Ｒを撮像し、複数の画像Ｐを取得する。
【0030】
次に、図３を用いて、本実施形態の三次元計測システム１が、測定対象部となる血管Ｖの三次元位置を測定する測定原理について説明する。三次元計測システム１は、三角測量の手法、より具体的には、能動的ステレオ法を用いて血管Ｖの三次元位置を計測する。
能動的ステレオ法によれば、三次元計測システム１から測定対象部までの距離Ｄは、投光部１０と撮像部５０との間の距離である基線長ＢＬと、この基線長ＢＬの延びる方向と測定光Ｌの投光方向とのなす角である投光角度θと、イメージセンサ６０で撮像された画像Ｐにおける特徴的な輝度を有する画素の位置より定まる受光角度φにより求まる。
このイメージセンサ６０で撮像された画像Ｐにおける特徴的な輝度を有する画素の位置は、投光部１０から出射した測定光Ｌが特徴的な反射特性を示す測定対象部の位置Ｖ１に対応する。
三次元計測システム１から測定対象部の位置Ｖ１までの距離Ｄは、三角測量の原理により、下記の式（１）により求めることができる。
能動的ステレオ法によれば、三次元計測システム１から測定対象部までの距離Ｄは、投光部１０と撮像部５０との間の距離である基線長ＢＬと、この基線長ＢＬの延びる方向と測定光Ｌの投光方向とのなす角である投光角度θと、イメージセンサ６０で撮像された画像Ｐにおける特徴的な輝度を有する画素の位置より定まる受光角度φにより求まる。
このイメージセンサ６０で撮像された画像Ｐにおける特徴的な輝度を有する画素の位置は、投光部１０から出射した測定光Ｌが特徴的な反射特性を示す測定対象部の位置Ｖ１に対応する。
三次元計測システム１から測定対象部の位置Ｖ１までの距離Ｄは、三角測量の原理により、下記の式（１）により求めることができる。
【0031】
Ｄ＝ＢＬ・ｔａｎθ・ｔａｎφ／（ｔａｎθ＋ｔａｎφ）…（１）
【0032】
本実施形態においては、Ｘ方向とＹ方向で規定される二次元平面内に画素が並んでいるイメージセンサ６０を用い、かつ測定光ＬとしてＹ方向に延びるライン光を用いているため、このライン光を、走査部４０によりライン光のライン延在方向（Ｙ方向）と垂直な方向（Ｘ方向）に一次元走査を行うことにより、ＸＹ平面内における、測定対象部までのＺ方向の距離Ｄを求めることができる。その結果、測定対象部の三次元形状を測定することも可能となる。すなわち、投光部１０が、走査部４０の走査により、投光角度θを変化させながら測定光Ｌを投光し、撮像部５０が、異なる投光角度θにおける測定光Ｌの戻り光Ｒを撮像することにより複数の画像Ｐを取得し、これらの複数の画像Ｐを解析することにより、測定対象部の三次元形状を測定することも可能である。
例えば、投光部１０は、被検体における測定光Ｌの投光位置が０．１ｍｍ程度の間隔となるように測定光Ｌの走査及び投光タイミングの制御を行い、撮像部５０は、各投光位置における画像Ｐを取得する。
例えば、投光部１０は、被検体における測定光Ｌの投光位置が０．１ｍｍ程度の間隔となるように測定光Ｌの走査及び投光タイミングの制御を行い、撮像部５０は、各投光位置における画像Ｐを取得する。
【0033】
ここで、本実施形態においては、特定波長の測定光Ｌとして、例えば６００ｎｍ～１５００ｎｍの範囲内の近赤外光を用いている。このような波長の光は、皮膚などの被検体表面で全て反射することはなく、生体組織の内部に進入する。そして、このような光は、ヘモグロビンの吸光特性に応じて、血管領域においてある程度吸収される特性を有するものの、血管領域、すなわち血管壁と周囲組織の界面、血管壁と血液の界面、血液内のヘモグロビンなどにおいて反射する。一方、界面の存在しない生体組織の内部においては、光の散乱は発生するものの、正反射のような反射はほぼ発生しない。よって、血液が存在する血管領域は、それ以外の生体組織の内部と比べて、特徴的な反射特性を示す。
例えば、測定光Ｌとして血管壁の界面等で反射率が高くなるような波長の光を用いれば、測定光Ｌが測定対象部としての血管領域で反射し、イメージセンサ６０で撮像された画像Ｐにおいて、この反射位置に対応する画素が、特徴的な輝度を有する画素（高輝度画素）となる。
例えば、測定光Ｌとして血管壁の界面等で反射率が高くなるような波長の光を用いれば、測定光Ｌが測定対象部としての血管領域で反射し、イメージセンサ６０で撮像された画像Ｐにおいて、この反射位置に対応する画素が、特徴的な輝度を有する画素（高輝度画素）となる。
【0034】
このように、画像Ｐにおける特徴的な輝度を有する画素の位置を把握することができれば、公知の方法により受光角度φを求めることができる。そして、この受光角度φと、投光角度θと、基線長ＢＬの情報があれば、三角測量の原理より、三次元計測システム１から測定対象部としての血管領域までの距離Ｄを求めることがでる。その結果、測定対象部としての血管領域の三次元位置を決定することができる。
また、投光部１０が、走査部４０の走査により、投光角度θを変化させながら測定光Ｌとしてのライン光を投光し、Ｘ方向とＹ方向で規定される二次元平面内に画素が並んでいるイメージセンサ６０が、異なる投光角度θにおける測定光Ｌの戻り光Ｒを撮像することにより複数の画像Ｐを取得し、複数の画像Ｐにおける特徴的な輝度を有する画素のＸＹ平面内の位置を検出すれば、測定対象部としての血管領域の三次元形状を測定することも可能となる。
また、投光部１０が、走査部４０の走査により、投光角度θを変化させながら測定光Ｌとしてのライン光を投光し、Ｘ方向とＹ方向で規定される二次元平面内に画素が並んでいるイメージセンサ６０が、異なる投光角度θにおける測定光Ｌの戻り光Ｒを撮像することにより複数の画像Ｐを取得し、複数の画像Ｐにおける特徴的な輝度を有する画素のＸＹ平面内の位置を検出すれば、測定対象部としての血管領域の三次元形状を測定することも可能となる。
【0035】
図５に、制御部１００の機能ブロック図を示す。
制御部１００は、投光角度情報決定部１１０と、画像解析部１２０と、三次元位置決定部１４０と、出力画像生成部１５０と、出力部１６０と、記憶部１９０とを備える。
なお、制御部１００は、上述のように複数の機能ブロックにより構成されているが、各ブロックは必ずしも物理的に分かれている必要は無く、複数のブロックの機能を１つのＣＰＵで実現できるように構成してもよい。また、制御部１００は、制御対象機器の配置や配線を考慮するなどして、２つ以上に分かれていてもよい。
制御部１００は、投光角度情報決定部１１０と、画像解析部１２０と、三次元位置決定部１４０と、出力画像生成部１５０と、出力部１６０と、記憶部１９０とを備える。
なお、制御部１００は、上述のように複数の機能ブロックにより構成されているが、各ブロックは必ずしも物理的に分かれている必要は無く、複数のブロックの機能を１つのＣＰＵで実現できるように構成してもよい。また、制御部１００は、制御対象機器の配置や配線を考慮するなどして、２つ以上に分かれていてもよい。
【0036】
投光角度情報決定部１１０は、基線長ＢＬの延びる方向と測定光Ｌの投光方向とのなす角である投光角度θの情報を演算などにより決定する。この投光角度θの情報は、スキャニングミラー４１を駆動するための駆動制御信号の情報に基づいて決定してもよい。また、スキャニングミラー４１の角度を検知するセンサを設け、このセンサ情報に基づいて、投光角度θの情報を決定してもよい。
【0037】
画像解析部１２０は、イメージセンサ６０で撮像された画像Ｐを処理及び解析し、被検体からの戻り光Ｒに基づく画像Ｐの中から、測定光Ｌが測定対象部で反射した反射位置などに対応する、特徴的な輝度を有する画素の位置を検出する。
さらに画像解析部１２０は、画像Ｐにおける特徴的な輝度を有する画素の位置と、スキャニングミラー４１、受光光学系７０、イメージセンサ６０の配置関係等に基づき、受光角度φを求める。
さらに画像解析部１２０は、画像Ｐにおける特徴的な輝度を有する画素の位置と、スキャニングミラー４１、受光光学系７０、イメージセンサ６０の配置関係等に基づき、受光角度φを求める。
【0038】
三次元位置決定部１４０は、基線長ＢＬと、投光角度情報決定部１１０により決定された投光角度θの情報と、画像解析部１２０により解析された特徴的な輝度を示す画素の位置に基づく受光角度φとに基づいて、血液が存在する血管領域の三次元位置を決定する。
ここで、本実施形態においては、基線長ＢＬはシステムとして固定値となっており、その値は記憶部１９０に記憶されている。
ここで、本実施形態においては、基線長ＢＬはシステムとして固定値となっており、その値は記憶部１９０に記憶されている。
【0039】
出力画像生成部１５０は、三次元位置決定部１４０によって決定された血液が存在する血管領域の三次元位置の情報に基づいて、血管領域の三次元位置を示す画像Ｑを生成する。
【0040】
出力部１６０は、出力画像生成部１５０により生成された血管領域の三次元位置を示す画像Ｑを、表示部等に出力する。
例えば、医療従事者が穿刺を行う場合などにおいて、表示部に血管領域の三次元位置を表示することにより、穿刺に必要な血管の三次元的な位置を把握できるようにすることが可能となる。
例えば、医療従事者が穿刺を行う場合などにおいて、表示部に血管領域の三次元位置を表示することにより、穿刺に必要な血管の三次元的な位置を把握できるようにすることが可能となる。
【0041】
なお、測定光Ｌとして、血液内のヘモグロビンによって特に吸収されやすい波長の光を用いてもよい。測定光Ｌとして血液内のヘモグロビンによって吸収されやすい波長の光を用いれば、測定光Ｌが測定対象部としての血管領域で吸収され、イメージセンサ６０で撮像された画像Ｐにおいて、この吸収位置に対応する画素が、特徴的な輝度を有する画素、ここでは低輝度画素となる。
【0042】
なお、本実施形態においては、測定光Ｌとしてライン光を用いているが、ライン光に換えて、スポット光を用いても、測定対象部としての血管領域の三次元位置を決定することができる。また、スポット光を用いる場合は、被検体に対して、測定光Ｌとしてのスポット光を、Ｘ方向とＹ方向の二次走査を行うことで、測定対象部としての血管領域の三次元形状を決定することも可能である。この場合は、スキャニングミラーとしては、例えば２軸のＭＥＭＳミラーなどを用いることができる。
【0043】
なお、本実施形態においては、基線長ＢＬはシステムとして固定値となっていたが、基線長ＢＬを可変させる不図示の基線長可変部を設けてもよい。すなわち基線長可変部により、投光部１０と撮像部５０の相対位置を変化させることが可能な構成を採用してもよい。この場合、制御部１００は、基線長可変部により変化する基線長ＢＬの情報を決定する基線長情報決定部をさらに備える。三次元位置決定部１４０は、基線長情報決定部により決定された基線長ＢＬの情報に基づいて、血液が存在する血管の三次元位置を決定する。
基線長情報決定部は、基線長ＢＬの情報を、投光部１０と撮像部５０の相対位置を変化させるアクチュエータ等を駆動するための駆動制御信号の情報に基づいて決定してもよい。また、投光部１０と撮像部５０の相対位置を検知するためのセンサを設け、このセンサ情報に基づいて、基線長ＢＬの情報を決定してもよい。
これにより、投光部１０と撮像部５０の相対位置を、測定しやすい所望の相対位置に調整した上で、測定対象部としての血管領域の三次元位置を計測することが可能となる。また、走査部４０が、基線長ＢＬが変化するような走査を行う態様であったとしても、測定対象部の三次元位置を計測することが可能となる。
基線長情報決定部は、基線長ＢＬの情報を、投光部１０と撮像部５０の相対位置を変化させるアクチュエータ等を駆動するための駆動制御信号の情報に基づいて決定してもよい。また、投光部１０と撮像部５０の相対位置を検知するためのセンサを設け、このセンサ情報に基づいて、基線長ＢＬの情報を決定してもよい。
これにより、投光部１０と撮像部５０の相対位置を、測定しやすい所望の相対位置に調整した上で、測定対象部としての血管領域の三次元位置を計測することが可能となる。また、走査部４０が、基線長ＢＬが変化するような走査を行う態様であったとしても、測定対象部の三次元位置を計測することが可能となる。
【0044】
なお、測定対象としての血管領域の三次元位置をより詳細に決定するために、測定光Ｌが生体組織に進入する際における、皮膚表面での屈折も考慮した上で、測定対象部の三次元位置を算出してもよい。
【0045】
本実施形態の三次元計測システム１によれば、以下の効果を奏する。
【0046】
（１）本実施形態に係る三次元計測システム１は、血液が存在する血管領域を含む被検体に測定光Ｌを投光する投光部１０と、被検体に投光された測定光Ｌの戻り光Ｒを撮像する撮像部５０と、制御部１００と、を備え、投光部１０は、測定光Ｌを走査する走査部４０を有し、測定光Ｌは、血液が存在する血管領域とそれ以外の生体組織との間で異なる光学特性を有する特定波長の光であり、制御部１００は、三次元位置決定部１４０を有し、三次元位置決定部１４０は、投光部１０と撮像部５０との間の距離である基線長ＢＬと、基線長ＢＬの延びる方向と測定光Ｌの投光方向とのなす角である投光角度θと、撮像部５０により撮像された測定光Ｌの戻り光Ｒの情報と、に基づいて、血液が存在する血管領域の三次元位置を決定する。
これにより、穿刺を行う場合などにおいて、血管領域の三次元的な位置を把握することが可能となる。
これにより、穿刺を行う場合などにおいて、血管領域の三次元的な位置を把握することが可能となる。
【0047】
（２）本実施形態に係る三次元計測システム１の測定光Ｌはライン光であり、走査部４０は、ライン光を、ライン光のライン延在方向（Ｙ方向）と垂直な方向（Ｘ方向）に一次元走査を行う。
これにより、血管領域の三次元形状を簡便に計測できるようになる。
これにより、血管領域の三次元形状を簡便に計測できるようになる。
【0048】
（３）本実施形態に係る三次元計測システム１の走査部４０は、投光角度θを変化させる投光角度可変部である。
これにより、被検体に対して簡便に測定光Ｌを走査できるようになる。
これにより、被検体に対して簡便に測定光Ｌを走査できるようになる。
【0049】
（４）本実施形態に係る三次元計測システム１の制御部１００は、投光角度θの情報を決定する投光角度情報決定部１１０を有し、三次元位置決定部１４０は、投光角度情報決定部１１０により決定された投光角度θの情報に基づいて、血液が存在する血管領域の三次元位置を決定する。
これにより、実際の投光角度θの情報に基づいて、血液が存在する血管領域の正確な三次元位置を決定することができる。
これにより、実際の投光角度θの情報に基づいて、血液が存在する血管領域の正確な三次元位置を決定することができる。
【0050】
（５）本実施形態に係る三次元計測システム１は、基線長ＢＬを変化させる基線長可変部を備え、制御部１００は、基線長可変部により変化する基線長ＢＬの情報を決定する基線長情報決定部を有し、三次元位置決定部１４０は、基線長情報決定部により決定された基線長ＢＬの情報に基づいて、血液が存在する血管領域の三次元位置を決定する。
これにより、投光部１０と撮像部５０の相対位置を、測定しやすい所望の相対位置に調整した上で、測定対象部としての血管領域の三次元位置を計測することが可能となる。また、走査部４０が、基線長ＢＬが変化するような走査を行う態様であったとしても、測定対象部の三次元位置を計測することが可能となる。
これにより、投光部１０と撮像部５０の相対位置を、測定しやすい所望の相対位置に調整した上で、測定対象部としての血管領域の三次元位置を計測することが可能となる。また、走査部４０が、基線長ＢＬが変化するような走査を行う態様であったとしても、測定対象部の三次元位置を計測することが可能となる。
【0051】
（６）本実施形態に係る三次元計測システム１の投光部１０は、走査部４０の走査により、投光角度θを変化させながら測定光Ｌを投光し、三次元位置決定部１４０は、撮像部５０により撮像された異なる投光角度における測定光Ｌの戻り光Ｒの情報に基づいて、血液が存在する血管領域の三次元形状を決定する。
これにより、血液が存在する血管領域の三次元形状の情報も取得することができる。
これにより、血液が存在する血管領域の三次元形状の情報も取得することができる。
【0052】
＜第２実施形態＞
以下、本発明の第２実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、第１実施形態と同じ構成については、同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
以下、本発明の第２実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、第１実施形態と同じ構成については、同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
【0053】
本実施形態の三次元計測システム１は、血液が存在する血管領域の三次元位置を決定し、その位置が、静脈であるか動脈であるかを分別する。
本実施形態の三次元計測システム１は、投光部１０の光源２０が、測定用光源２１として、第１測定用光源２１Ａ、第２測定用光源２１Ｂ、及び第３測定用光源２１Ｃを備える。これらの光源は、レーザー光源であることが好ましい。第１測定用光源２１Ａが発光する第１測定光Ｌ１と、第２測定用光源２１Ｂが発光する第２測定光Ｌ２と、第３測定用光源２１Ｃが発光する第３測定光Ｌ３は、それぞれ波長が異なる。
本実施形態の三次元計測システム１は、投光部１０の光源２０が、測定用光源２１として、第１測定用光源２１Ａ、第２測定用光源２１Ｂ、及び第３測定用光源２１Ｃを備える。これらの光源は、レーザー光源であることが好ましい。第１測定用光源２１Ａが発光する第１測定光Ｌ１と、第２測定用光源２１Ｂが発光する第２測定光Ｌ２と、第３測定用光源２１Ｃが発光する第３測定光Ｌ３は、それぞれ波長が異なる。
【0054】
ここで、静脈には脱酸素化ヘモグロビンが多く存在し、動脈には酸素化ヘモグロビンが多く存在する。そこで、静脈と動脈とを分別する上で、ヘモグロビンの吸光特性に着目する。
図６は、酸素化ヘモグロビン（ＨｂＯ２）と、脱酸素化ヘモグロビン（Ｈｂ）の吸光特性を示す図である。
近赤外光領域における酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンの吸光度は、酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンの同吸収点波長である８０５ｎｍの光において等しく、８０５ｎｍよりも長波長領域においては、酸素化ヘモグロビンの吸光度が脱酸素化ヘモグロビンの吸光度を上回り、８０５ｎｍよりも短波長領域においては、脱酸素化ヘモグロビンの吸光度が酸素化ヘモグロビンの吸光度を上回る。
図６は、酸素化ヘモグロビン（ＨｂＯ２）と、脱酸素化ヘモグロビン（Ｈｂ）の吸光特性を示す図である。
近赤外光領域における酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンの吸光度は、酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンの同吸収点波長である８０５ｎｍの光において等しく、８０５ｎｍよりも長波長領域においては、酸素化ヘモグロビンの吸光度が脱酸素化ヘモグロビンの吸光度を上回り、８０５ｎｍよりも短波長領域においては、脱酸素化ヘモグロビンの吸光度が酸素化ヘモグロビンの吸光度を上回る。
【0055】
そこで、本実施形態においては、第１測定光Ｌ１として、８０５ｎｍよりも長波長領域（例えば、８３０～１３００ｎｍ）に波長分布のピークを有する波長λ１の光を用い、第２測定光Ｌ２として、８０５ｎｍよりも短波長領域（例えば、６００～７８０ｎｍ）に波長分布のピークを有する波長λ２の光を用い、第３測定光Ｌ３として、８０５ｎｍ近傍（例えば、７９０ｎｍ～８２０ｎｍ）に波長分布のピークを有する波長λ３の光を用いる。
【0056】
このような波長を用いる場合、酸素化ヘモグロビンにおける第１測定光Ｌ１の吸収率は、脱酸素化ヘモグロビンにおける第１測定光Ｌ１の吸収率よりも高い。また、酸素化ヘモグロビンにおける第２測定光Ｌ２の吸収率は、脱酸素化ヘモグロビンにおける第２測定光Ｌ２の吸収率よりも低い。そして、酸素化ヘモグロビンにおける第３測定光Ｌ３の吸収率と、脱酸素化ヘモグロビンにおける第３測定光Ｌ３の吸収率は略等しい。
【0057】
これらの第１測定用光源２１Ａからの第１測定光Ｌ１と、第２測定用光源２１Ｂからの第２測定光Ｌ２と、第３測定用光源２１Ｃからの第３測定光Ｌ３は、図２のロッドレンズ３１に入射する前に、同軸の光とすることが好ましい。異なる光源から出射する複数の波長の光の光軸を同軸の光とする手法としては、ダイクロイックミラーを用いる手法や、跳ね上げミラーを用いる手法など、公知の手法を採用することができる。
測定光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を同軸の光とすることにより、撮像部５０は、同じ位置から照射された測定光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の戻り光Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を撮像し、測定光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３に対応する複数の画像Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を取得することができる。この場合、複数の画像Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３間の位置ずれが発生しにくい。
測定光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を同軸の光とすることにより、撮像部５０は、同じ位置から照射された測定光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の戻り光Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を撮像し、測定光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３に対応する複数の画像Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を取得することができる。この場合、複数の画像Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３間の位置ずれが発生しにくい。
【0058】
制御部１００は、光源２０の発光タイミングを制御する。ここで、測定光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は、時分割で順番にパルス状に発光させる構成を採用することが好ましい。
これにより、撮像部５０によって撮像される、測定光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の戻り光Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３に基づく複数の画像Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３はそれぞれ、他の測定光の影響を受けることがなくなる。よって、画像解析部１２０は、外乱の少ない画像Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３に基づいて解析を行うことができる。
これにより、撮像部５０によって撮像される、測定光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の戻り光Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３に基づく複数の画像Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３はそれぞれ、他の測定光の影響を受けることがなくなる。よって、画像解析部１２０は、外乱の少ない画像Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３に基づいて解析を行うことができる。
【0059】
なお、異なる波長の光源を同時に発光させる手法を採用することもできる。この場合は、撮像部５０に光学フィルタを設け、この光学フィルタにより、撮像部５０に入射する戻り光を、測定光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３に対応する波長λ１、λ２、λ３の光に分離する。撮像部５０は、光学フィルタによって波長が分離された戻り光Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を受光し、複数の画像Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を取得する。このような光学フィルタとしては、λ１を透過するフィルタ部、λ２を透過するフィルタ部、λ３を透過するフィルタ部を備えるモザイクフィルタを用いてもよい。
【0060】
次に、静脈と動脈とを分別する処理について説明する。
画像解析部１２０は、撮像部５０が撮像した画像Ｐ１、Ｐ２における、測定対象部の位置Ｖ１に対応する画素について、測定光Ｌ１に基づく画像Ｐ１の輝度値Ｉ１と、測定光Ｌ２に基づく画像Ｐ２の輝度値Ｉ２を比較する。測定対象部が酸素化ヘモグロビンを多く含む動脈であれば、測定光Ｌ１の光は、測定光Ｌ２の光よりも吸収されやすいため、画像Ｐ１の輝度値Ｉ２は、画像Ｐ２の輝度値Ｉ２よりも低くなる。
一方、測定対象部が脱酸素化ヘモグロビンを多く含む静脈であれば、測定光Ｌ１の光は、測定光Ｌ２の光よりも吸収されにくいため、画像Ｐ１の輝度値Ｉ１は、画像Ｐ２の輝度値Ｉ２よりも高くなる。
なお、画像間の輝度値の比較は、差分や比をとることにより行ってもよい。
このように、画像解析部１２０は、撮像部５０により撮像された第１測定光Ｌ１の戻り光Ｒ１の情報と、第２測定光Ｌ２の戻り光Ｒ２の情報に基づいて、すなわち、上述のような画像間の比較を行うことで、静脈と動脈とを分別することができる。
なお、画像間の比較の結果、実質的な差が認められない場合は、周囲の画素の判断結果に基づいて、周囲の画素の判断結果と同じ結果であるとして判断してもよい。
なお、上述のように画像Ｐ１、Ｐ２間の比較により静脈と動脈を分別する場合は、第３測定光Ｌ３を発光する第３測定用光源２１Ｃは設けなくてもよい。
画像解析部１２０は、撮像部５０が撮像した画像Ｐ１、Ｐ２における、測定対象部の位置Ｖ１に対応する画素について、測定光Ｌ１に基づく画像Ｐ１の輝度値Ｉ１と、測定光Ｌ２に基づく画像Ｐ２の輝度値Ｉ２を比較する。測定対象部が酸素化ヘモグロビンを多く含む動脈であれば、測定光Ｌ１の光は、測定光Ｌ２の光よりも吸収されやすいため、画像Ｐ１の輝度値Ｉ２は、画像Ｐ２の輝度値Ｉ２よりも低くなる。
一方、測定対象部が脱酸素化ヘモグロビンを多く含む静脈であれば、測定光Ｌ１の光は、測定光Ｌ２の光よりも吸収されにくいため、画像Ｐ１の輝度値Ｉ１は、画像Ｐ２の輝度値Ｉ２よりも高くなる。
なお、画像間の輝度値の比較は、差分や比をとることにより行ってもよい。
このように、画像解析部１２０は、撮像部５０により撮像された第１測定光Ｌ１の戻り光Ｒ１の情報と、第２測定光Ｌ２の戻り光Ｒ２の情報に基づいて、すなわち、上述のような画像間の比較を行うことで、静脈と動脈とを分別することができる。
なお、画像間の比較の結果、実質的な差が認められない場合は、周囲の画素の判断結果に基づいて、周囲の画素の判断結果と同じ結果であるとして判断してもよい。
なお、上述のように画像Ｐ１、Ｐ２間の比較により静脈と動脈を分別する場合は、第３測定光Ｌ３を発光する第３測定用光源２１Ｃは設けなくてもよい。
【0061】
例えば、画像解析部１２０は、撮像部５０が撮像した画像Ｐ１、Ｐ３における、測定対象部の位置Ｖ１に対応する画素について、測定光Ｌ１に基づく画像Ｐ１の輝度値Ｉ１と、測定光Ｌ３に基づく画像Ｐ３の輝度値Ｉ３を比較してもよい。測定対象部が酸素化ヘモグロビンを多く含む動脈であれば、測定光Ｌ１の光は、測定光Ｌ３の光よりも吸収されやすいため、画像Ｐ１の輝度値Ｉ１は、画像Ｐ３の輝度値Ｉ３よりも低くなる。
一方、測定対象部が脱酸素化ヘモグロビンを多く含む静脈であれば、画像Ｐ１の輝度値Ｉ１は、画像Ｐ３の輝度値Ｉ３と同等以上となる。例えば、第１測定光Ｌ１として、波長８３０～９００ｎｍの光、或いは９５０ｎｍ以上の光を用いる場合は、測定光Ｌ１の光は、測定光Ｌ３の光よりも吸収されにくいため、画像Ｐ１の輝度値Ｉ１は、画像Ｐ３の輝度値Ｉ３よりも高くなる。
なお、画像間の輝度値の比較は、差分や比をとることにより行ってもよい。
このように、画像解析部１２０は、撮像部５０により撮像された第１測定光Ｌ１の戻り光Ｒ１の情報と、第３測定光Ｌ３の戻り光Ｒ３の情報に基づいて、すなわち、上述のような画像間の比較を行うことで、静脈と動脈とを分別することができる。
なお、画像間の比較の結果、実質的な差が認められない場合は、周囲の画素の判断結果に基づいて、周囲の画素の判断結果と同じ結果であるとして判断してもよい。
なお、上述のように画像Ｐ１、Ｐ３間の比較により静脈と動脈を分別する場合は、第２測定光Ｌ２を発光する第２測定用光源２１Ｂは設けなくてもよい。
一方、測定対象部が脱酸素化ヘモグロビンを多く含む静脈であれば、画像Ｐ１の輝度値Ｉ１は、画像Ｐ３の輝度値Ｉ３と同等以上となる。例えば、第１測定光Ｌ１として、波長８３０～９００ｎｍの光、或いは９５０ｎｍ以上の光を用いる場合は、測定光Ｌ１の光は、測定光Ｌ３の光よりも吸収されにくいため、画像Ｐ１の輝度値Ｉ１は、画像Ｐ３の輝度値Ｉ３よりも高くなる。
なお、画像間の輝度値の比較は、差分や比をとることにより行ってもよい。
このように、画像解析部１２０は、撮像部５０により撮像された第１測定光Ｌ１の戻り光Ｒ１の情報と、第３測定光Ｌ３の戻り光Ｒ３の情報に基づいて、すなわち、上述のような画像間の比較を行うことで、静脈と動脈とを分別することができる。
なお、画像間の比較の結果、実質的な差が認められない場合は、周囲の画素の判断結果に基づいて、周囲の画素の判断結果と同じ結果であるとして判断してもよい。
なお、上述のように画像Ｐ１、Ｐ３間の比較により静脈と動脈を分別する場合は、第２測定光Ｌ２を発光する第２測定用光源２１Ｂは設けなくてもよい。
【0062】
例えば、画像解析部１２０は、撮像部５０が撮像した画像Ｐ２、Ｐ３における、測定対象部の位置Ｖ１に対応する画素について、測定光Ｌ２に基づく画像Ｐ２の輝度値Ｉ２と、測定光Ｌ３に基づく画像Ｐ３の輝度値Ｉ３を比較してもよい。測定対象部が酸素化ヘモグロビンを多く含む動脈であれば、測定光Ｌ２の光は、測定光Ｌ３の光よりも吸収されにくいため、画像Ｐ２の輝度値Ｉ２は、画像Ｐ３の輝度値Ｉ３よりも高くなる。
一方、測定対象部が脱酸素化ヘモグロビンを多く含む静脈であれば、測定光Ｌ２の光は、測定光Ｌ３の光よりも吸収されやすいため、画像Ｐ２の輝度値Ｉ２は、画像Ｐ３の輝度値Ｉ３よりも低くなる。
なお、画像間の輝度値の比較は、差分や比をとることにより行ってもよい。
このように、画像解析部１２０は、撮像部５０により撮像された第２測定光Ｌ２の戻り光Ｒ２の情報と、第３測定光Ｌ３の戻り光Ｒ３の情報に基づいて、すなわち、上述のような画像間の比較を行うことで、静脈と動脈とを分別することができる。
なお、画像間の比較の結果、実質的な差が認められない場合は、周囲の画素の判断結果に基づいて、周囲の画素の判断結果と同じ結果であるとして判断してもよい。
なお、上述のように画像Ｐ２、Ｐ３間の比較により静脈と動脈を分別する場合は、第１測定光Ｌ１を発光する第１測定用光源２１Ａは設けなくてもよい。
一方、測定対象部が脱酸素化ヘモグロビンを多く含む静脈であれば、測定光Ｌ２の光は、測定光Ｌ３の光よりも吸収されやすいため、画像Ｐ２の輝度値Ｉ２は、画像Ｐ３の輝度値Ｉ３よりも低くなる。
なお、画像間の輝度値の比較は、差分や比をとることにより行ってもよい。
このように、画像解析部１２０は、撮像部５０により撮像された第２測定光Ｌ２の戻り光Ｒ２の情報と、第３測定光Ｌ３の戻り光Ｒ３の情報に基づいて、すなわち、上述のような画像間の比較を行うことで、静脈と動脈とを分別することができる。
なお、画像間の比較の結果、実質的な差が認められない場合は、周囲の画素の判断結果に基づいて、周囲の画素の判断結果と同じ結果であるとして判断してもよい。
なお、上述のように画像Ｐ２、Ｐ３間の比較により静脈と動脈を分別する場合は、第１測定光Ｌ１を発光する第１測定用光源２１Ａは設けなくてもよい。
【0063】
例えば、画像解析部１２０は、撮像部５０が撮像した画像Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３における、測定対象部の位置Ｖ１に対応する画素について、測定光Ｌ１に基づく画像Ｐ１の輝度値Ｉ１と、測定光Ｌ２に基づく画像Ｐ２の輝度値Ｉ２と、測定光Ｌ３に基づく画像Ｐ３の輝度値Ｉ３を用いて分析してもよい。
例えば、Ｉ１／Ｉ３＞Ｉ２／Ｉ３の条件を満たせば、この部分は、静脈であると判断する。また、Ｉ１／Ｉ３＜Ｉ２／Ｉ３の条件を満たせば、この部分は動脈であると判断する。なお、Ｉ１／Ｉ３＝Ｉ２／Ｉ３の場合や、Ｉ１／Ｉ３≒Ｉ２／Ｉ３の場合は、周囲の画素の判断結果に基づいて、周囲の画素の判断結果と同じ結果であるとして判断してもよい。
このように、画像解析部１２０は、撮像部５０により撮像された第１測定光Ｌ１の戻り光Ｒ１の情報と、第２測定光Ｌ２の戻り光Ｒ２の情報と、第３測定光Ｌ３の戻り光Ｒ３の情報に基づいて、すなわち、上述のような画像Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の輝度値Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３の分析を行うことで、静脈と動脈とを分別することができる。
なお、酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンの同吸収点波長の第３測定光Ｌ３を基準測定光として用いることにより、外乱にも強い分別判定を行うことができる。
例えば、Ｉ１／Ｉ３＞Ｉ２／Ｉ３の条件を満たせば、この部分は、静脈であると判断する。また、Ｉ１／Ｉ３＜Ｉ２／Ｉ３の条件を満たせば、この部分は動脈であると判断する。なお、Ｉ１／Ｉ３＝Ｉ２／Ｉ３の場合や、Ｉ１／Ｉ３≒Ｉ２／Ｉ３の場合は、周囲の画素の判断結果に基づいて、周囲の画素の判断結果と同じ結果であるとして判断してもよい。
このように、画像解析部１２０は、撮像部５０により撮像された第１測定光Ｌ１の戻り光Ｒ１の情報と、第２測定光Ｌ２の戻り光Ｒ２の情報と、第３測定光Ｌ３の戻り光Ｒ３の情報に基づいて、すなわち、上述のような画像Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の輝度値Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３の分析を行うことで、静脈と動脈とを分別することができる。
なお、酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンの同吸収点波長の第３測定光Ｌ３を基準測定光として用いることにより、外乱にも強い分別判定を行うことができる。
【0064】
このように、酸素化ヘモグロビン及び脱酸素化ヘモグロビンに対する吸光特性が異なる複数の波長の測定光を用いることで、画像解析部１２０は、撮像部５０により撮像された波長の異なる複数の測定光の戻り光の情報に基づいて、静脈と動脈とを分別することができる。そして、出力部１６０は、三次元位置決定部１４０により決定された血液が存在する血管領域の三次元位置を、静脈であるか動脈であるかを分別して出力することが可能となる。
【0065】
具体的には、出力画像生成部１５０は、静脈であるか動脈であるかが分別された血管領域の三次元位置の情報に基づいて、血管領域の三次元位置を示す画像Ｑを生成する。
例えば、三次元位置決定部１４０が、血管の三次元形状も決定する場合は、静脈であるか動脈であるかを分別できるように、それぞれの色調を異ならせて、血管の三次元形状を示す画像Ｑを生成する。また、血管領域のうち、静脈のみの三次元形状を示す画像Ｑ、動脈のみの三次元形状を示す画像Ｑを生成してもよい。
例えば、三次元位置決定部１４０が、血管の三次元形状も決定する場合は、静脈であるか動脈であるかを分別できるように、それぞれの色調を異ならせて、血管の三次元形状を示す画像Ｑを生成する。また、血管領域のうち、静脈のみの三次元形状を示す画像Ｑ、動脈のみの三次元形状を示す画像Ｑを生成してもよい。
【0066】
出力部１６０は、出力画像生成部１５０により生成された血管領域の三次元位置を示す画像Ｑを、表示部等に出力する。
例えば、システムに指示信号受付部を設け、指示信号受付部が、静脈の表示を指示する指示信号を受け付けた場合は、出力部１６０が、血管領域のうち、静脈のみの三次元形状を示す画像Ｑを出力し、表示部に静脈の三次元形状を示す画像Ｑを表示してもよい。また、指示信号受付部が、動脈の表示を指示する指示信号を受け付けた場合は、出力部１６０が、血管領域のうち、動脈のみの三次元形状を示す画像Ｑを出力し、表示部に動脈の三次元形状を示す画像Ｑを表示してもよい。また、指示信号受付部が、静脈及び動脈の表示を指示する指示信号を受け付けた場合は、出力部１６０が、静脈及び動脈の三次元形状を示す画像Ｑを出力し、表示部に静脈及び動脈の三次元形状を示す画像Ｑを、静脈と動脈を分別できるような態様で表示してもよい。
指示信号受付部は、入力部へのオペレータからの入力に基づく指示信号を受け付ける態様とすることもできる。
例えば、システムに指示信号受付部を設け、指示信号受付部が、静脈の表示を指示する指示信号を受け付けた場合は、出力部１６０が、血管領域のうち、静脈のみの三次元形状を示す画像Ｑを出力し、表示部に静脈の三次元形状を示す画像Ｑを表示してもよい。また、指示信号受付部が、動脈の表示を指示する指示信号を受け付けた場合は、出力部１６０が、血管領域のうち、動脈のみの三次元形状を示す画像Ｑを出力し、表示部に動脈の三次元形状を示す画像Ｑを表示してもよい。また、指示信号受付部が、静脈及び動脈の表示を指示する指示信号を受け付けた場合は、出力部１６０が、静脈及び動脈の三次元形状を示す画像Ｑを出力し、表示部に静脈及び動脈の三次元形状を示す画像Ｑを、静脈と動脈を分別できるような態様で表示してもよい。
指示信号受付部は、入力部へのオペレータからの入力に基づく指示信号を受け付ける態様とすることもできる。
【0067】
このように、静脈と動脈の三次元位置を選択的に表示できるように構成することで、例えば、医療従事者が穿刺を行う場合などにおいては、表示部に静脈又は動脈の三次元位置を表示することにより、穿刺に必要な静脈又は動脈の三次元的な位置を適切に把握できるようにすることが可能となる。
【0068】
なお、本実施形態の投光部１０は、異なる波長の光を発光する複数のレーザー光源を備えているが、これに換えて、ハロゲンランプ等の広帯域の光を出射する光源を用いてもよい。この場合は、異なる波長λ１、λ２、λ３の光を通過させる複数の光学フィルタを、投光光路中に、時分割で順番に挿入してもよい。但し、測定光の直進性を考慮すれば、指向性の高いレーザー光源を用いることが好ましい。
【0069】
なお、本実施形態の撮像部５０は、１つのイメージセンサ６０を用いて、測定光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３に対応する複数の画像Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を取得しているが、異なる波長λ１、λ２、λ３の光を受光するのに適した複数のイメージセンサを用いてもよい。
【0070】
本実施形態の三次元計測システム１によれば、（１）～（６）に加えて、以下の効果を奏する。
【0071】
（７）本実施形態に係る三次元計測システム１は、測定光が、波長の異なる複数の測定光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を有し、複数の測定光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は、酸素化ヘモグロビン及び脱酸素化ヘモグロビンに対する吸光特性が異なり、制御部１００は、画像解析部１２０と、出力部１６０を有し、画像解析部１２０は、撮像部５０により撮像された波長の異なる複数の測定光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の戻り光Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の情報に基づいて、静脈と動脈とを分別し、出力部１６０は、三次元位置決定部１４０により決定された血液が存在する血管領域の三次元位置を、静脈であるか動脈であるかを分別して出力可能である。
このように、酸素化ヘモグロビン及び脱酸素化ヘモグロビンに対する吸光特性が異なる複数の波長の測定光を用いることで、血液が存在する血管領域の三次元位置を、静脈であるか動脈であるかを分別して出力することが可能となる。
このように、酸素化ヘモグロビン及び脱酸素化ヘモグロビンに対する吸光特性が異なる複数の波長の測定光を用いることで、血液が存在する血管領域の三次元位置を、静脈であるか動脈であるかを分別して出力することが可能となる。
【0072】
（８）本実施形態に係る三次元計測システム１は、測定光が、第１測定光Ｌ１と、第１測定光Ｌ１とは波長の異なる第２測定光Ｌ２を有し、酸素化ヘモグロビンにおける第１測定光Ｌ１の吸収率は、脱酸素化ヘモグロビンにおける第１測定光Ｌ１の吸収率よりも高く、酸素化ヘモグロビンにおける第２測定光Ｌ２の吸収率は、脱酸素化ヘモグロビンにおける第２測定光Ｌ２の吸収率よりも低く、画像解析部１２０は、撮像部５０により撮像された第１測定光Ｌ１の戻り光Ｒ１の情報と、第２測定光Ｌ２の戻り光Ｒ２の情報に基づいて、静脈と動脈とを分別する。
このような、酸素化ヘモグロビン及び脱酸素化ヘモグロビンに対する吸光特性が異なる複数の波長の測定光を用いることで、血液が存在する血管領域の三次元位置を、静脈であるか動脈であるかを分別して出力することが可能となる。
このような、酸素化ヘモグロビン及び脱酸素化ヘモグロビンに対する吸光特性が異なる複数の波長の測定光を用いることで、血液が存在する血管領域の三次元位置を、静脈であるか動脈であるかを分別して出力することが可能となる。
【0073】
（９）本実施形態に係る三次元計測システム１は、測定光が、第１測定光Ｌ１及び第２測定光Ｌ２とは波長の異なる第３測定光Ｌ３を有し、酸素化ヘモグロビンにおける第３測定光Ｌ３の吸収率と、脱酸素化ヘモグロビンにおける第３測定光Ｌ３の吸収率は略等しく、画像解析部１２０は、撮像部５０により撮像された第１測定光Ｌ１の戻り光Ｒ１の情報と、第２測定光Ｌ２の戻り光Ｒ２の情報と、第３測定光Ｌ３の戻り光Ｒ３の情報とに基づいて、静脈と動脈とを分別する、
このような、酸素化ヘモグロビン及び脱酸素化ヘモグロビンに対する吸光特性が異なる複数の波長の測定光を用いることで、血液が存在する血管領域の三次元位置を、静脈であるか動脈であるかを分別して出力することが可能となる。
また、酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンの同吸収点波長の第３測定光Ｌ３を基準測定光として用いることにより、外乱にも強い分別判定を行うことができる。
このような、酸素化ヘモグロビン及び脱酸素化ヘモグロビンに対する吸光特性が異なる複数の波長の測定光を用いることで、血液が存在する血管領域の三次元位置を、静脈であるか動脈であるかを分別して出力することが可能となる。
また、酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンの同吸収点波長の第３測定光Ｌ３を基準測定光として用いることにより、外乱にも強い分別判定を行うことができる。
【0074】
＜第３実施形態＞
以下、本発明の第３実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、第１実施形態と同じ構成については、同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
以下、本発明の第３実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、第１実施形態と同じ構成については、同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
【0075】
図７は、本実施形態に係る三次元計測システム１を、機能ブロックで示した図である。
本実施形態の三次元計測システム１は、投光部１０の光源２０が、測定用光源２１に加えて、モニタ光用光源２２を備える。
モニタ光用光源２２は、測定光とは波長の異なる光であるモニタ光ＬＭを被検体に投光する光源である。モニタ光ＬＭは、少なくとも被検体表面、すなわち皮膚表面で大半が反射する波長帯域を含む光であり、このような光を発光する光源として、例えば青色～緑色領域の波長の光を発光するレーザー光源を用いることができる。また、白色光を照射する光源を用いてもよい。
本実施形態の三次元計測システム１は、投光部１０の光源２０が、測定用光源２１に加えて、モニタ光用光源２２を備える。
モニタ光用光源２２は、測定光とは波長の異なる光であるモニタ光ＬＭを被検体に投光する光源である。モニタ光ＬＭは、少なくとも被検体表面、すなわち皮膚表面で大半が反射する波長帯域を含む光であり、このような光を発光する光源として、例えば青色～緑色領域の波長の光を発光するレーザー光源を用いることができる。また、白色光を照射する光源を用いてもよい。
【0076】
測定用光源２１からの測定光Ｌと、モニタ光用光源２２からのモニタ光ＬＭは、ロッドレンズ３１に入射する前に、同軸の光とすることが好ましい。異なる光源から出射する複数の波長の光の光軸を同軸の光とする手法については、ダイクロイックミラーを用いる手法や、跳ね上げミラーを用いる手法など、公知の方法を採用することができる。
測定光Ｌとモニタ光ＬＭを同軸の光とすることにより、撮像部５０は、同じ位置から照射された測定光Ｌの戻り光Ｒとモニタ光ＬＭの戻り光ＲＭを撮像し、測定光Ｌ、モニタ光ＬＭに対応する複数の画像Ｐ、ＰＭを取得することができる。この場合、複数の画像Ｐ、ＰＭ間の位置ずれが発生しにくい。
測定光Ｌとモニタ光ＬＭを同軸の光とすることにより、撮像部５０は、同じ位置から照射された測定光Ｌの戻り光Ｒとモニタ光ＬＭの戻り光ＲＭを撮像し、測定光Ｌ、モニタ光ＬＭに対応する複数の画像Ｐ、ＰＭを取得することができる。この場合、複数の画像Ｐ、ＰＭ間の位置ずれが発生しにくい。
【0077】
制御部１００は、光源２０の発光タイミングを制御する。ここで、測定用光源２１からの測定光Ｌと、モニタ光用光源２２からのモニタ光ＬＭは、時分割で交互にパルス状に発光させる構成を採用することが好ましい。
これにより、撮像部５０によって撮像される、測定光Ｌの戻り光Ｒに基づく画像Ｐと、モニタ光ＬＭの戻り光ＲＭに基づく画像ＰＭはそれぞれ、お互いの光の影響を受けることがなくなる。よって、画像解析部１２０は、外乱の少ない画像Ｐ、ＰＭに基づいて解析を行うことができる。
これにより、撮像部５０によって撮像される、測定光Ｌの戻り光Ｒに基づく画像Ｐと、モニタ光ＬＭの戻り光ＲＭに基づく画像ＰＭはそれぞれ、お互いの光の影響を受けることがなくなる。よって、画像解析部１２０は、外乱の少ない画像Ｐ、ＰＭに基づいて解析を行うことができる。
【0078】
なお、異なる波長の光源を同時に発光させる手法を採用することもできる。この場合は、撮像部５０に光学フィルタを設け、この光学フィルタにより、撮像部５０に入射する戻り光を、測定光Ｌに対応する波長λと、モニタ光ＬＭに対応する波長λＭの光に分離する。撮像部５０は、光学フィルタによって波長が分離された戻り光Ｒ、ＲＭを受光し、複数の画像Ｐ、ＰＭを取得する。このような光学フィルタとしては、波長λを透過するフィルタ部、波長λＭを透過するフィルタ部を備えるモザイクフィルタを用いてもよい。
【0079】
画像解析部１２０は、測定光Ｌに加えて、モニタ光ＬＭが測定対象部で反射した反射位置などに対応する、特徴的な輝度を有する画素の位置を検出する。
さらに画像解析部１２０は、画像Ｐ、ＰＭにおける特徴的な輝度を有する画素の位置と、スキャニングミラー４１と受光光学系７０の配置関係等に基づき、受光角度φを求める。
さらに画像解析部１２０は、画像Ｐ、ＰＭにおける特徴的な輝度を有する画素の位置と、スキャニングミラー４１と受光光学系７０の配置関係等に基づき、受光角度φを求める。
【0080】
三次元位置決定部１４０は、基線長ＢＬと、投光角度情報決定部１１０により決定された投光角度θの情報と、画像解析部１２０により解析された特徴的な輝度を示す画素の位置に基づく受光角度φとに基づいて、血液が存在する血管領域の三次元位置に加えて、皮膚表面の三次元位置を決定する。
【0081】
出力画像生成部１５０は、三次元位置決定部１４０によって決定された血液が存在する血管領域の三次元位置の情報と、皮膚表面の三次元位置の情報に基づいて、皮膚表面の三次元位置と、血管領域の三次元位置の位置関係を示す画像Ｑを生成する。
【0082】
出力部１６０は、出力画像生成部１５０により生成された、皮膚表面の三次元位置と、血管領域の三次元位置の位置関係を示す画像Ｑを、表示部等に出力する。
例えば、医療従事者が穿刺を行う場合などにおいて、表示部に皮膚表面の三次元位置と、血管領域の三次元位置の位置関係を示す画像Ｑを表示することにより、穿刺に必要な血管の三次元的な位置を把握できるようにすることが可能となる。
例えば、医療従事者が穿刺を行う場合などにおいて、表示部に皮膚表面の三次元位置と、血管領域の三次元位置の位置関係を示す画像Ｑを表示することにより、穿刺に必要な血管の三次元的な位置を把握できるようにすることが可能となる。
【0083】
また、投光部１０が、走査部４０の走査により、投光角度θを変化させながらモニタ光ＬＭをライン光の態様で投光し、イメージセンサ６０が、異なる投光角度θにおけるモニタ光ＬＭの戻り光ＲＭを撮像することにより複数の画像ＰＭを取得し、複数の画像ＰＭにおける特徴的な輝度を有する画素の位置を検出すれば、皮膚表面の三次元形状を測定することも可能となる。
【0084】
この場合は、出力画像生成部１５０は、三次元位置決定部１４０によって決定された血液が存在する血管領域の三次元形状の情報と、皮膚表面の三次元形状の情報に基づいて、皮膚表面の三次元形状と、血管領域の三次元形状の相対的な形状及び位置関係を示すＱを生成する。例えば、皮膚表面の三次元形状に対する、血管領域の三次元位置及び三次元形状を示す重畳画像を生成する。
【0085】
出力部１６０は、血液が存在する血管領域の三次元形状の情報と、皮膚表面の三次元形状の情報を関連付けた状態で出力可能である。具体的には、出力画像生成部１５０により生成された、皮膚表面の三次元形状に対する、血管領域の三次元位置及び三次元形状を示す画像Ｑを表示部等に出力する。
例えば、医療従事者が穿刺を行う場合などにおいて、表示部に、皮膚表面の三次元形状に対する、血管領域の三次元位置及び三次元形状を示す画像Ｑを表示することにより、より正確に、穿刺に必要な血管の三次元的な位置を把握できるようにすることが可能となる。
例えば、医療従事者が穿刺を行う場合などにおいて、表示部に、皮膚表面の三次元形状に対する、血管領域の三次元位置及び三次元形状を示す画像Ｑを表示することにより、より正確に、穿刺に必要な血管の三次元的な位置を把握できるようにすることが可能となる。
【0086】
なお、第２実施形態に示すような、静脈と動脈とを分別する態様において、本実施形態の構成を適用してもよい。この場合は、皮膚表面の三次元形状に対して、静脈及び動脈を分別して、その三次元位置及び三次元形状を示す画像Ｑを表示することもできる。
【0087】
なお、図４に示すようなモザイクフィルタ６２を有する１つのイメージセンサ６０を用いて、測定光Ｌ、モニタ光ＬＭに対応する画像Ｐ、ＰＭを取得することが可能であるが、測定光Ｌ、モニタ光ＬＭに対応した複数のイメージセンサを用いてもよい。
【0088】
本実施形態の三次元計測システム１によれば、（１）～（９）に加えて、以下の効果を奏する。
【0089】
（１０）本実施形態に係る三次元計測システム１の投光部１０は、測定光Ｌに加えて、少なくとも皮膚表面で反射する波長帯域を含む光であって、測定光Ｌとは波長の異なるモニタ光ＬＭを被検体に投光可能であり、投光部１０は、走査部４０の走査により、投光角度θを変化させながら測定光Ｌ及びモニタ光ＬＭを投光し、三次元位置決定部１４０は、撮像部５０により撮像された異なる投光角度θにおける測定光Ｌ及びモニタ光ＬＭの戻り光Ｒ、ＲＭの情報に基づいて、血液が存在する血管領域の三次元形状及び前記皮膚表面の三次元形状を決定し、制御部１００は、出力部１６０を有し、出力部１６０は、血液が存在する血管領域の三次元形状の情報と、皮膚表面の三次元形状の情報を関連付けた状態で出力可能である。
これにより、医療従事者が穿刺を行う場合などにおいて、表示部に、皮膚表面の三次元形状に対する、血管領域の三次元位置及び三次元形状を示す画像Ｑを表示することなどが可能となり、より正確に、穿刺に必要な血管の三次元的な位置を把握できるようにすることが可能となる。
これにより、医療従事者が穿刺を行う場合などにおいて、表示部に、皮膚表面の三次元形状に対する、血管領域の三次元位置及び三次元形状を示す画像Ｑを表示することなどが可能となり、より正確に、穿刺に必要な血管の三次元的な位置を把握できるようにすることが可能となる。
【0090】
＜第４実施形態＞
以下、本発明の第４実施形態について、図面を参照しながら説明する。
本実施形態においては、第１～第３実施形態の三次元計測システム１を用いた、穿刺システム２００の構成を説明する。
なお、以下の説明において、第１～第３実施形態と同じ構成については、同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
以下、本発明の第４実施形態について、図面を参照しながら説明する。
本実施形態においては、第１～第３実施形態の三次元計測システム１を用いた、穿刺システム２００の構成を説明する。
なお、以下の説明において、第１～第３実施形態と同じ構成については、同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
【0091】
図８は、本実施形態に係る穿刺システム２００を、機能ブロックで示した図である。
本実施形態の穿刺システム２００は、三次元計測システム１と、穿刺制御部２１０と、穿刺部２２０を備える。
本実施形態の穿刺システム２００は、三次元計測システム１と、穿刺制御部２１０と、穿刺部２２０を備える。
【0092】
穿刺制御部２１０は、三次元計測システム１により決定された血液が存在する血管領域の三次元位置に基づいて、穿刺部２２０を制御する。
【0093】
穿刺部２２０は、被検体の血管に穿刺するための針と、針を保持するロボットとを備える。このロボットは、所望の位置に針を穿刺できるようにするために、軸数が６軸以上の自由度を持つロボットであることが好ましい。
【0094】
本実施形態の撮像部５０は、針への血液の流入状況も撮像できるような位置に設けられている。例えば、針を有する注射器のシリンダ内への血液の流入状況を撮像できるような位置に設けられている。
【0095】
画像解析部１２０は、撮像部５０が撮像した画像Ｐに基づき、針への血液の流入を判定する。具体的には、注射器のシリンダを撮像している所定の撮像領域を検出領域として設定し、検出領域のうち、第１の所定数以上の画素が赤色近傍の色調になったと判定されたときに、穿刺が行えたと判定する。
【0096】
穿刺制御部２１０は、画像解析部１２０の判定結果に基づき、穿刺部２２０のロボットを制御する。例えば、所定時間穿刺が行えていないと判定された場合は、被検体から一度針を抜き、再度穿刺を行うための制御を行う。なお、所定時間穿刺が行えていないと判定された場合は、報知を行ってもよい。また、複数回に亘って穿刺が行えていないと判定された場合に、報知を行ってもよい。
【0097】
画像解析部１２０は、検出領域のうち、第１の所定数よりも多い第２の所定数以上の画素が赤色近傍の色調になったと判定されたときに、注射器のシリンダ内に十分な血液が流入したと判定する。この場合、穿刺制御部２１０は、穿刺が終了したとして、被検体から針を抜くようにロボットを制御する。
【0098】
なお、心拍動音をモニタするマイクロホンを設け、針への血液の流入を、マイクロホンにより検出してもよい。この場合、穿刺制御部２１０は、マイクロホンによる心拍動音の検出結果に基づき、穿刺部２２０のロボットを制御する。
【0099】
次に、本実施形態の穿刺システム２００の動作を、図９のフローチャートを用いて説明する。
ステップＳ１において、三次元位置決定部１４０は、血液が存在する血管領域の三次元位置を決定する。
ステップＳ１において、三次元位置決定部１４０は、血液が存在する血管領域の三次元位置を決定する。
【0100】
ステップＳ２において、出力部１６０は、三次元位置決定部１４０により決定された血管領域の三次元位置を示す情報を、穿刺制御部２１０に出力する。
【0101】
ステップＳ３において、穿刺制御部２１０は、三次元位置決定部１４０により決定された血管領域の三次元位置に基づいて、穿刺部２２０を制御し、被検体に針を穿刺する。
【0102】
ステップＳ４において、画像解析部１２０は、撮像部５０が撮像した画像Ｐに基づき、針への血液の流入を判定し、穿刺が行えたか否かを判定する。
【0103】
画像解析部１２０の解析結果に基づき、所定時間穿刺が行えていないと判定された場合は（ステップＳ４ ＮＯ）、ステップＳ５において、穿刺制御部２１０は、被検体から一度針を抜き、再度ステップＳ１に戻り、穿刺を行うための制御を再度実行する。
【0104】
画像解析部１２０の解析結果に基づき、穿刺が行えたと判定された場合は（ステップＳ４ ＹＥＳ）、ステップＳ６において、穿刺制御部２１０は、針の位置を維持するように穿刺部２２０のロボットを制御する。
【0105】
ステップＳ７において、画像解析部１２０は、撮像部５０が撮像した画像Ｐに基づき、穿刺が終了したか否かを判定する。
【0106】
画像解析部１２０の解析結果に基づき、穿刺が終了していないと判定された場合は（ステップＳ７ ＮＯ）、ステップＳ６に戻り、穿刺制御部２１０は、針の位置を維持するように穿刺部２２０のロボットを制御する。
【0107】
画像解析部１２０の解析結果に基づき、穿刺が終了したと判定された場合は（ステップＳ７ ＹＥＳ）、ステップＳ８において、穿刺制御部２１０は、被検体から針を抜くように穿刺部２２０のロボットを制御する。
【0108】
このような構成により、穿刺の自動化を実現することができる。また、精度よく穿刺を行うことができる。そして、このような穿刺システム２００であれば、穿刺の手技において人を介在させる必要がなくなる。また、穿刺システム２００のうち、少なくとも人と接触する可能性のある部分については、全体を殺菌可能に構成することも容易である。
【0109】
なお、このような穿刺の自動化を実現する穿刺システム２００においては、制御部１００は、出力画像生成部１５０を備えていなくてもよい。
【0110】
本実施形態の三次元計測システム１によれば、（１）～（１０）に加えて、以下の効果を奏する。
【0111】
（１１）本実施形態に係る穿刺システム２００は、三次元計測システム１と、穿刺制御部２１０と、穿刺部２２０とを備え、穿刺制御部２１０は、三次元計測システム１により決定された血液が存在する血管の三次元位置の情報に基づいて、穿刺部２２０を制御する。
このような構成により、穿刺の自動化を実現することができる。また、精度よく穿刺を行うことができる。
このような構成により、穿刺の自動化を実現することができる。また、精度よく穿刺を行うことができる。
【0112】
（１２）本実施形態に係る穿刺システム２００は、撮像部５０が、穿刺部２２０の針への血液の流入状況を撮像可能に設けられ、制御部１００は、画像解析部１２０を有し、画像解析部１２０は、撮像部５０が撮像した画像Ｐに基づき、針への血液の流入を判定し、穿刺制御部２１０は、画像解析部１２０の判定結果に基づき、穿刺部２２０を制御する。
このような構成により、針への血液の流入を自動で判定し、その判定結果に基づいて穿刺部２２０を制御することができる。
このような構成により、針への血液の流入を自動で判定し、その判定結果に基づいて穿刺部２２０を制御することができる。
【符号の説明】
【0113】
１ 三次元計測システム
１０ 投光部
２０ 光源
２１ 測定用光源
２２ モニタ光用光源
３０ 投光光学系
４０ 走査部
４１ スキャニングミラー
５０ 撮像部
６０ イメージセンサ
６２ モザイクフィルタ
７０ 受光光学系
１００ 制御部
１１０ 投光角度情報決定部
１２０ 画像解析部
１４０ 三次元位置決定部
１５０ 出力画像生成部
１６０ 出力部
２００ 穿刺システム
２１０ 穿刺制御部
２２０ 穿刺部
Ｌ 測定光
Ｌ１ 第１測定光
Ｌ２ 第２測定光
Ｌ３ 第３測定光
Ｒ 戻り光
ＬＭ モニタ光
ＢＬ 基線長
θ 投光角度
φ 受光角度
Ｄ 距離
Ｖ 血管
１０ 投光部
２０ 光源
２１ 測定用光源
２２ モニタ光用光源
３０ 投光光学系
４０ 走査部
４１ スキャニングミラー
５０ 撮像部
６０ イメージセンサ
６２ モザイクフィルタ
７０ 受光光学系
１００ 制御部
１１０ 投光角度情報決定部
１２０ 画像解析部
１４０ 三次元位置決定部
１５０ 出力画像生成部
１６０ 出力部
２００ 穿刺システム
２１０ 穿刺制御部
２２０ 穿刺部
Ｌ 測定光
Ｌ１ 第１測定光
Ｌ２ 第２測定光
Ｌ３ 第３測定光
Ｒ 戻り光
ＬＭ モニタ光
ＢＬ 基線長
θ 投光角度
φ 受光角度
Ｄ 距離
Ｖ 血管
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】