WO2013180126A1

WO2013180126A1 - 動脈可視化装置、および動脈撮像装置

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Publication number: WO2013180126A1
Application number: PCT/JP2013/064763
Authority: WO
Inventors: 佐藤　隆幸; 龍美池
Original assignee: Kochi University NUC
Current assignee: Kochi University NUC
Priority date: 2012-05-29
Filing date: 2013-05-28
Publication date: 2013-12-05
Anticipated expiration: 2014-11-29
Also published as: JP5946103B2; EP2856940B1; EP2856940A4; JP5626943B2; JPWO2013180126A1; AU2013268517A1; JP2015033585A; US10349886B2; US20150133791A1; CA2874401A1; EP2856940A1

Abstract

　穿刺する動脈を好適に可視化し得る動脈可視化装置（１０）、およびその動脈可視化装置に用いられる動脈撮像装置（６０）を提供するものであって、該動脈可視化装置（１０）は、穿刺する動脈（２１）が走行している可視化部位（２０）における背側の皮膚面（２２）に向けて光源（３２）から出射された近赤外光を照射する照射部（３０）と、光源を封止するとともに背側の皮膚面に押し付けられ光源から出射された近赤外光を透過させるとともに背側の皮膚面の表面における近赤外光の反射を抑える材料から形成された導光部（４０）と、可視光を遮断するとともに可視化部位における表側の皮膚面（２３）を透過した近赤外光を透過させる光学フィルター（５０）と、光学フィルターを透過した近赤外光を受光し可視化部位を撮影するカメラ（６０）と、カメラによって撮影した画像を表示するモニター（７０）と、を有している。

Description

動脈可視化装置、および動脈撮像装置

　本発明は、動脈可視化装置、および動脈撮像装置に関する。

　カテーテルを用いた検査あるいは治療、例えば、心臓カテーテル検査においては、動脈を穿刺し、ガイドワイヤーの挿入、カテーテルの挿入が行われる。穿刺する部位は、橈骨動脈、上腕動脈、あるいは大腿動脈などである。これら動脈のうち橈骨動脈が、検査後の止血安静が確保しやすく、かつ、患者の行動拘束を必要としないことから、穿刺部位として適している。

　その一方、橈骨動脈の穿刺には、高い技術が求められる。橈骨動脈の穿刺は、一般的に、触診によって橈骨動脈の走行を推定して行われる。穿刺が困難な場合に、超音波診断装置を用いながら穿刺を行うこともあるが、プローブを走査しながらの手技は煩雑であり、また超音波診断装置は比較的高コストである。このような臨床的背景から、簡単かつ比較的低コストで、種々の動脈を可視化する技術、特に、橈骨動脈を可視化する技術が待望されている。

　ところで、近赤外光は、皮膚・脂肪・筋肉などの人体組織の透過性が高いことが知られている。血液中のへモグロビンは近赤外線を吸収するという性質を利用した血管の可視化装置が提案されている（特許文献１を参照）。特許文献１は、生体認証を行うために、指の血管を可視化する技術を開示している。

　近赤外光および近赤外カメラを用いた血管の可視化装置であって、製品化された装置として、クリスティー　メディカル　ホールディングス　インコーポレイテッド製の血管可視化装置「ＶｅｉｎＶｉｅｗｅｒ」（登録商標）や、株式会社テクノメディカ製の非接触型静脈可視化装置「ＳｔａｔＶｅｉｎ」（登録商標）などが知られている。

特開２００５－１９１７４８号公報

　しかしながら、特許文献１に記載された血管の可視化装置は、生体認証が主たる目的であると考えられ、動脈穿刺を目的としたものではない。可視化する血管の解剖学的特徴についての記載がなく、対象となる生体として指が唯一挙げられているが（特許文献１の図２および図１１）、指の動脈は細く、カテーテルを用いた検査あるいは治療のために穿刺されることはない。また、指の動脈は、橈骨動脈や上腕動脈に比べて、皮下の浅い部位（皮下２－３ミリメートル）を走行している。骨に囲まれていないため、透過光を照射し易い。また、光源から射出される近赤外光は、空気中を伝播して生体に照射されるが、皮膚表面で反射される光についての考慮がなされていない。

　上述の製品化された血管の可視化装置（「ＶｅｉｎＶｉｅｗｅｒ」（登録商標）、「ＳｔａｔＶｅｉｎ」（登録商標）など）も、皮下２－３ミリメートル以内に存在する静脈を可視化できるに過ぎない。

　このように、皮下５－１０ミリメートルに位置する穿刺する動脈、例えば、周辺を骨に囲まれた橈骨動脈などを可視化する装置は提案されていないのが実情である。

　そこで、本発明は、穿刺する動脈を好適に可視化し得る動脈可視化装置、およびその動脈可視化装置に用いられる動脈撮像装置を提供することを目的とする。

　上記目的を達成する本発明の動脈可視化装置は、近赤外光を出射する光源を備え、穿刺する動脈が走行している可視化部位における背側の皮膚面に向けて前記光源から出射された近赤外光を照射する照射部と、
　前記光源を封止するとともに前記背側の皮膚面に押し付けられ、前記光源から出射された近赤外光を透過させるとともに前記背側の皮膚面の表面における近赤外光の反射を抑える材料から形成された導光部と、
　可視光を遮断するとともに前記可視化部位における表側の皮膚面を透過した近赤外光を透過させる光学フィルターと、
　前記光学フィルターを透過した近赤外光を受光し前記可視化部位を撮影する撮像部と、
　前記撮像部によって撮影した画像を表示する表示部と、を有する。

　また、上記目的を達成する本発明の動脈撮像装置は、本発明の動脈可視化装置に用いられる動脈撮像装置であって、前記照射部と、前記導光部と、前記光学フィルターと、前記撮像部と、を有する。

　本発明の動脈可視化装置によれば、穿刺する動脈が走行している可視化部位における背側の皮膚面から近赤外光を入射させ、可視化部位における表側の皮膚面の側から撮影する撮像部に、動脈による近赤外吸収像を結像させている。背側の皮膚面に近赤外光を入射させているので、表側の皮膚面の表面においては近赤外光の反射が生じない。光源を封止するとともに背側の皮膚面に押し付けた導光部が、近赤外光を透過させるとともに背側の皮膚面の表面における近赤外光の反射を抑える材料から形成されているので、可視化部位における背側の皮膚面に近赤外光を効率よく入射させることができる。導光部を背側の皮膚面に押し付けることによって、皮膚の毛細血管網を虚脱させ、近赤外光が入射する皮膚部分において近赤外光が吸収されることを抑止できる。これらの結果、穿刺する動脈を好適に可視化することが可能となる。

　本発明の動脈撮像装置によれば、既存の表示部に接続することによって、穿刺する動脈を好適に可視化し得る動脈可視化装置を構成でき、コスト的に有利なものとなる。

第１の実施形態に係る動脈可視化装置を示す断面図である。近赤外光の生体内への射入様式を模式的に示す断面図である。図３（Ａ）は、図１に示される遮光部材を展開して示す正面図、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の３Ｂ－３Ｂ線に沿う断面図である。第２の実施形態に係る動脈可視化装置を示す断面図である。第２の実施形態に係る動脈可視化装置を用いて橈骨動脈を可視化した実験により得られた透過画像を示す図である。対比例に係る動脈可視化装置を示す断面図である。対比例に係る動脈可視化装置を用いて橈骨動脈を可視化した実験により得られた画像を示す図である。

　動脈が走行している可視化部位への照射光として、生体透過性が高くヘモグロビンに吸収される波長の近赤外光を使用することが望ましい。動脈内を流れる酸化ヘモグロビンの吸光係数は、波長依存性がある。生体透過性が高い近赤外波長領域では、８５０ｎｍ－９３０ｎｍが極大である（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｆｒｏｎｔｅｃｈ．ｆｕｊｉｔｓｕ．ｃｏｍ／ｓｅｒｖｉｃｅｓ／ｐｒｏｄｕｃｔｓ／ｐａｌｍｓｅｃｕｒｅ／ｗｈａｔ／ｉｎｔｅｒｖｉｅｗ／を参照）。

　皮膚の最表層に位置する表皮は、可視光および近赤外光を反射する。生体透過性の高い近赤外光であっても、照射した光の８０％が表皮によって反射され、皮下３ミリメートルに到達する光はおよそ１０％である（相津佳永、皮膚組織多層構造モデリングと光伝搬シミュレーション、日本機械学会誌　２０１１．７　Ｖｏｌ．１１４　Ｎｏ．１１１２　５４１頁を参照）。

　カテーテル検査や観血的動脈圧測定を目的して行う穿刺術は、一般的に、橈骨動脈や上腕動脈を対象として行われている。このため、動脈の穿刺のための可視化装置においては、適用する動脈の解剖学的特徴を考慮しなければならない。

　橈骨動脈や上腕動脈は、周囲が骨組織に囲まれ、穿刺皮膚面の皮下５－１０ミリメートルを走行している。このような解剖学的特徴を有する動脈を可視化するためには、動脈が走行している部位に効率よく近赤外光を入射させ、穿刺する皮膚面から近赤外光を射出させなければならない。

　皮下５－１０ミリメートルを走行する動脈を近赤外吸収像として描出するためには、穿刺部の皮膚表面に近赤外光を照射してはいけない。反射された近赤外光が動脈による吸収像を無効にするためである。

　本件出願の発明者らは、上記のような知見に基づいて鋭意研究した結果、橈骨動脈および上腕動脈を穿刺することを目的として可視化する技術を完成させるに至った。

　以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる。

　（第１の実施形態）
　図１は、第１の実施形態に係る動脈可視化装置１０を示す断面図、図２は、近赤外光の生体内への射入様式を模式的に示す断面図である。また、図３（Ａ）は、図１に示される遮光部材９０を展開して示す正面図、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の３Ｂ－３Ｂ線に沿う断面図である。

　図１を参照して、第１の実施形態に係る動脈可視化装置１０は、概説すると、近赤外光を出射する光源３２を備え穿刺する動脈２１が走行している可視化部位２０における背側の皮膚面２２に向けて光源３２から出射された近赤外光を照射する照射部３０と、光源３２を封止するとともに背側の皮膚面２２に押し付けられ光源３２から出射された近赤外光を透過させるとともに背側の皮膚面２２の表面における近赤外光の反射を抑える材料から形成された導光部４０と、可視光を遮断するとともに可視化部位２０における表側の皮膚面２３を透過した近赤外光を透過させる光学フィルター５０と、光学フィルター５０を透過した近赤外光を受光し可視化部位２０を撮影するカメラ６０（撮像部に相当する）と、カメラ６０によって撮影した画像を表示するモニター７０（表示部に相当する）と、を有している。この動脈可視化装置１０にあっては、表側の皮膚面２３と撮像部６０とを離間して配置し、表側の皮膚面２３と撮像部６０との間に穿刺を行う作業空間８０を設けてある。以下、第１の実施形態に係る動脈可視化装置１０について詳述する。

　図示する可視化部位２０は、例えば、穿刺する動脈２１としての橈骨動脈が走行している手首部分である。手の位置は、体側に伸ばし、手掌を上に向けた状態とされている。橈骨動脈２１は、皮下５－１０ミリメートルに位置し、周辺が、橈骨２４、手根管２５、屈筋腱２６などによって囲まれている。図中の符号２７は尺骨動脈を示し、符号２８は尺骨を示している。

　照射部３０は、中空の略箱形状に形成されたシャーシ３１と、シャーシ３１内に配置され近赤外光を発する光源３２と、を有している。シャーシ３１は、近赤外光を透過しないアルミなどの金属材料などから形成されている。シャーシ３１の上面側から、可視化部位２０を置く。光源３２から発した近赤外光は、可視化部位２０における背側の皮膚面２２に向けて照射される。光源３２は、例えば、近赤外光を発するＬＥＤなどを使用することができる。照射する近赤外光は、波長８４０－９５０ｎｍの範囲がよい。波長８４０ｎｍ未満では可視化部位２０を透過し難くなり、波長９５０ｎｍを超える長波長の近赤外光は、生体内に含まれる水による吸収のため透過し難くなるからである。

　照射する近赤外光は、波長８５０－９３０ｎｍの範囲がより望ましい。動脈内を流れる酸化ヘモグロビンの吸光係数が波長８５０－９３０ｎｍの範囲で極大となるので、動脈２１により信号強度が低下した透過光が得られる。その結果、動脈２１を透過した透過光と周囲組織を透過した透過光との間にコントラストの差が発生し、動脈を視認し易くなるからである。

　図２に示すように、近赤外光の生体内への射入様式は、擬似平行光による透過方式が好ましい。撮像面には、生体組織を透過した透過光像と、動脈２１によって吸収された吸収像とが結像する。したがって、撮像面に対して垂直に入射する透過光が望ましい。

　生体透過性の高い近赤外光であっても、皮膚の最表層に位置する表皮によって反射され易い。近赤外光を用いて可視化部位２０を鮮明に撮影するためには、背側の皮膚面２２の表面における近赤外光の反射を抑える必要がある。そこで、光源３２と可視化部位２０との間に、光源３２を封止するとともに背側の皮膚面２２に押し付けられる導光部４０を配置してある。導光部４０は、光源３２から出射された近赤外光を透過させるとともに背側の皮膚面２２の表面における近赤外光の反射を抑える材料から形成されている。導光部４０によって、光源３２から背側の皮膚面２２まで近赤外光が導かれ、かつ、皮膚面２２の表面における近赤外光の反射が抑えられる。その結果、可視化部位２０における背側の皮膚面２２に近赤外光を効率よく入射させることができる。また、背側の皮膚面２２に近赤外光を入射させているので、表側の皮膚面２３の表面においては近赤外光の反射が生じない。

　導光部４０の形成材料は、光源３２から背側の皮膚面２２まで近赤外光を透過させる観点から当然なことではあるが、近赤外光透過率が高い材料であることが望ましい。しかも、皮膚面２２の表面における近赤外光の反射を抑える観点から、導光部４０の形成材料は、屈折率が生体に近い屈折率であることが望ましい。導光部４０の屈折率は、生体に多量に含まれる水の屈折率である１．３３から、生体に多量に含まれるコラーゲンの屈折率である１．４４までの範囲であることが好ましい。導光部４０の形成材料の一例として、近赤外光透過率が高く、かつ、屈折率が生体に近いシリコーンゴムであり、その屈折率が１．３３－１．４４であるものを挙げることができる。このような形成材料からなる導光部４０によれば、可視化部位２０における背側の皮膚面２２に近赤外光を効率よく入射させることができる。

　導光部４０のうち背側の皮膚面２２に押し付けられる面に、近赤外光透過率の高いクリームや軟膏を塗布することが好ましい。背側の皮膚面２２の表面における近赤外光の反射を一層抑えることができるからである。

　導光部４０を背側の皮膚面２２に押し付けることによって、背側の皮膚面２２を圧迫して皮膚の毛細血管網を虚脱させる。これによって、近赤外光が入射する皮膚部分において近赤外光が吸収されることを抑止できる。その結果、毛細血管網よりも深部に位置する動脈２１に近赤外光を効率よく照射することができ、より鮮明に動脈２１を可視化することが可能となる。

　導光部４０には、背側の皮膚面２２に向けて突出して背側の皮膚面２２を圧迫する圧迫部４２を形成することが好ましい。圧迫部４２によって背側の皮膚面２２を局所的に圧迫することによって、皮膚の毛細血管網を虚脱させ易くなるからである。これによって、近赤外光が入射する皮膚部分において近赤外光が吸収されることを一層抑止でき、より一層鮮明に動脈２１を可視化することが可能となる。圧迫部４２の形状は、背側の皮膚面２２を圧迫して皮膚の毛細血管網を虚脱させ易い形状であれば特に限定されず、図示するように例えば半球形状とすることができる。また、圧迫部４２は、１個の凸部を有する形状のほか、複数個の凸部を備える形状としてもよい。

　導光部４０を背側の皮膚面２２に押し付ける圧力は、２０－４０ｍｍＨｇが好ましい。２０－４０ｍｍＨｇの範囲で導光部４０を押し付けることによって、背側の皮膚面２２を圧迫して皮膚の毛細血管網を虚脱させ、近赤外光が入射する皮膚部分において近赤外光が吸収されることを抑止できるからである。

　光源３２の背面側とシャーシ３１との間には、圧力センサー４３を配置している。圧力センサー４３によって、導光部４０を背側の皮膚面２２に押し付ける接触圧を検出する。圧力センサー４３における圧力検知の方式は特に限定されない。例えば、外部からの圧力によってダイヤフラムがたわみ、ダイヤフラム上に形成したピエゾ抵抗素子がひずむことで生じる電気抵抗の変化を、電圧信号として読み取ることによって圧力を検知する方式の圧力センサーを適用することができる。この方式の圧力センサーは、ダイヤフラムのたわみ量を直接ピエゾ抵抗素子の電気抵抗変化として捉えるため、素子構造がシンプルであり、小型化したものが多数存在している。圧力センサーにおいて検出された接触圧は、数値あるいはインジケータバーなどによってモニター７０に表示される。この表示を確認しながら可視化部位２０を導光部４０に押し付ける力を調整することによって、背側の皮膚面２２と導光部４０との接触圧を２０－４０ｍｍＨｇの範囲に調節することができる。

　光学フィルター５０は、カメラ６０内の撮像素子とレンズとの間に挿入したり、カメラ６０の前に配置したりすることができる。皮下５－１０ミリメートルに位置する動脈２１を可視化するには、波長８４０ｎｍより短波長の成分を遮断するのがよい。

　カメラ６０は、可視化部位２０および光学フィルター５０を透過した近赤外光を撮影する近赤外線用のＣＣＤカメラや、ＣＭＯＳカメラなどが適用される。ＣＣＤカメラは、Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ素子からなるカメラであり、ＣＭＯＳカメラは、Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ　Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒを利用したカメラである。近赤外線ＣＣＤカメラなどで取り込んだデータは、ノイズ処理、エッジ処理、コントラスト強調などの画像処理および画像解析が施され、モニター７０に表示する画像用データに変換される。

　モニター７０は、カメラ６０によって撮影した画像を表示し得る限りにおいて特に限定されない。卓上型のディスプレイでもよいし、ヘッドマウント型のディスプレイでもよい。表示する画像は、モノクロームまたはカラーのいずれでもよい。術者等の医療従事者は、モニター７０に表示される動脈２１の画像を見て、動脈２１が走行する位置や向きを正確に把握することができる。

　本実施形態の動脈可視化装置１０は、動脈２１の穿刺を行い易くすることを目的としているため、穿刺を行い得るように、穿刺部分の皮膚が開放されていることが必要である。そのため、表側の皮膚面２３とカメラ６０とを離間して配置してある。この結果、表側の皮膚面２３とカメラ６０との間に、穿刺を行う作業空間８０が形成される。表側の皮膚面２３とカメラ６０との間の距離は、十分な作業空間８０を確保する観点から適宜の距離に設定することができる。一例を挙げると、表側の皮膚面２３とカメラ６０とを２０センチ以上離間させて配置することが望ましい。

　動脈可視化装置１０は、表側の皮膚面２３に被せられる遮光部材９０をさらに有している。図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、遮光部材９０は、近赤外光を遮断する材料から形成された遮光部９１と、可視化部位２０を撮影する開口された観察窓９２とが設けられている。遮光部材９０は、観察窓９２を橈骨動脈２１の直上に位置させた状態で、表側の皮膚面２３に被せられる。遮光部材９０を被せることによって、表側の皮膚面２３のうち穿刺部の部位のみから近赤外光を透過させることができ、穿刺する動脈２１の可視化が確実なものとなる。近赤外光を遮断する材料として、例えば、遮光ゴムを例示することができるが、これに限定されるものではない。

　遮光部材９０は、観察窓９２の周囲に設けられるとともに遮光部９１から突出する突出部９３を備えている。突出部９３を表側の皮膚面２３に当接させることによって、表側の皮膚面２３のうち観察窓９２に臨む部位以外を透過した近赤外光が観察窓９２に混入することを遮断している。表側の皮膚面２３のうち穿刺部の部位のみから近赤外光を透過させることができ、穿刺する動脈２１の可視化が一層確実なものとなる。

　遮光部材９０の両端には、可視化部位２０を導光部４０に押し付け状態に固定する固定具９４として、例えば、一般にマジックテープ（登録商標）などと呼ばれる面ファスナー９５ａ、９５ｂが設けられている。遮光部材９０の面ファスナー９５ａは、シャーシ３１側に取り付けた面ファスナー９５ｂに剥離自在に接着される。固定具９４によって遮光部材９０を固定することによって、可視化部位２０が導光部４０に押し付けられた状態に固定され、動脈可視化時に遮光部材９０の位置がずれたり、外れたりすることを防止できる。これによって、穿刺する動脈２１の可視化をより一層確実に行うことができる。

　以上説明したように、第１の実施形態の動脈可視化装置１０は、
　（１）光源３２から出射された近赤外光を透過させるとともに背側の皮膚面２２の表面における近赤外光の反射を抑える材料から導光部４０を形成し、この導光部４０によって光源３２を封止するとともに導光部４０を背側の皮膚面２２に押し付け、近赤外光を入射する側である背側の皮膚面２２の表面において近赤外光の反射を生じさせない。

　（２）近赤外光を背側の皮膚面２２から動脈走行部位に入射させ、表側の皮膚面２３の側から撮影するカメラ６０に、動脈２１による近赤外吸収像を結像させる。背側の皮膚面２２に近赤外光を入射させているので、表側の皮膚面２３の表面において近赤外光の反射を生じさせない。

　（３）導光部４０によって背側の皮膚面２２を圧迫して皮膚の毛細血管網を虚脱させ、近赤外光が入射する皮膚部分において近赤外光が吸収されることを抑止する。

　という特徴点を備えており、穿刺する動脈２１を好適に可視化することが可能となる。

　表側の皮膚面２３と撮像部６０とを離間して配置し、表側の皮膚面２３と撮像部６０との間に穿刺を行う作業空間８０を設けてあるので、穿刺手技を妨げることなく、穿刺する動脈２１を可視化できる。

　導光部４０は、背側の皮膚面２２に向けて突出して背側の皮膚面２２を圧迫する圧迫部４２が形成されているので、圧迫部４２によって背側の皮膚面２２を局所的に圧迫することによって、皮膚の毛細血管網を虚脱させ易くなる。これによって、近赤外光が入射する皮膚部分において近赤外光が吸収されることを一層抑止でき、より一層鮮明に動脈２１を可視化することが可能となる。

　遮光部９１と観察窓９２とが設けられ、表側の皮膚面２３に被せられる遮光部材９０をさらに有するので、表側の皮膚面２３のうち穿刺部の部位のみから近赤外光を透過させることができ、穿刺する動脈２１の可視化が確実なものとなる。

　遮光部材９０の突出部９３を表側の皮膚面２３に当接させることによって、表側の皮膚面２３のうち穿刺部の部位のみから近赤外光を透過させることができ、穿刺する動脈２１の可視化が一層確実なものとなる。

　照射する近赤外光は、波長８４０－９５０ｎｍの範囲としたので、皮下５－１０ミリメートルに位置する動脈２１を好適に可視化できる。

　導光部４０を形成する材料は、近赤外光透過率が高く、かつ、屈折率が生体に近いシリコーンゴムであり、その屈折率が１．３３－１．４４であるので、背側の皮膚面２２の表面における近赤外光の反射を一層抑えることができる。

　導光部４０を背側の皮膚面２２に押し付ける圧力を２０－４０ｍｍＨｇの範囲とすることによって、背側の皮膚面２２を圧迫して皮膚の毛細血管網を虚脱させ、近赤外光が入射する皮膚部分において近赤外光が吸収されることを抑止できる。

　可視化する動脈が橈骨動脈２１または上腕動脈の場合には、カテーテル検査や観血的動脈圧測定を目的して行う穿刺術において、橈骨動脈２１や上腕動脈を可視化して穿刺を確実かつ容易に行うことができる。

　（第２の実施形態）
　図４は、第２の実施形態に係る動脈可視化装置１１を示す断面図である。第１の実施形態と共通する部材には同一の符号を付し、その説明は一部省略する。

　第２の実施形態に係る動脈可視化装置１１は、第１の実施形態と同様に、可視化部位２０における背側の皮膚面２２に向けて光源３２から出射された近赤外光を照射する照射部３０と、光源３２を封止するとともに背側の皮膚面２２に押し付けられた導光部４０と、光学フィルター５０と、カメラ６０と、モニター７０と、作業空間８０と、遮光部材９０とを有している。但し、第２の実施形態は、導光部４０を背側の皮膚面２２に押し付ける圧力を調整自在な圧力調整部１００をさらに有している点において、第１の実施形態と相違している。遮光部材９０が、可視化部位２０に巻き付けて取り付け可能なベルト形状を有している点においても、第１の実施形態と相違している。

　第２の実施形態の遮光部材９０は、近赤外光を遮断する材料から形成され可視化部位２０に巻き付け可能な遮光部９１と、可視化部位２０を撮影する開口された観察窓９２とが設けられている。遮光部材９０は、観察窓９２を橈骨動脈２１の直上に位置させた状態で、表側の皮膚面２３に被せられ、さらに可視化部位２０に巻き付けられる。遮光部材９０を被せることによって、表側の皮膚面２３のうち穿刺部の部位のみから近赤外光を透過させることができ、穿刺する動脈２１の可視化が確実なものとなる。近赤外光を遮断する材料として、例えば、遮光ゴムを例示することができるが、これに限定されるものではない。

　遮光部材９０の両端には、可視化部位２０を導光部４０に押し付け状態に固定する固定具９４として、例えば、面ファスナー９６ａ、９６ｂが設けられている。面ファスナーは、遮光部９１の裏面側端部に設けられた第１の面ファスナー９６ａと、表面側端部に設けられ第１の面ファスナー９６ａに剥離自在に接着される第２の面ファスナー９６ｂとを有している。固定具９４によって遮光部材９０を可視化部位２０に巻き付けて固定することによって、可視化部位２０が導光部４０に押し付けられた状態に固定され、動脈可視化時に遮光部材９０の位置がずれたり、外れたりすることを防止できる。

　圧力調整部１００は、流体を注入することによって拡張するバルーン１０１と、バルーン１０１内に流体を注入する注入部１０２とを有している。バルーン１０１は、血圧測定用のカフと同様に、膨脹自在なゴム材料から形成されている。注入部１０２は、バルーン１０１に接続さる中空チューブ１０３と、中空チューブ１０３を介して流体として空気をバルーン１０１に供給する送気球１０４とを有している。送気球１０４には、バルーン１０１内の空気圧を調節する図示しない弁を作動させる操作部１０５が設けられている。バルーン１０１の外面に、光源３２が背側の皮膚面２２に向かい合うように取り付けられている。図中符号１０６は、バルーン１０１に取り付けられ、バルーン１０１を保持する保持プレート１０６を示している。遮光部９１を介して保持プレート１０６をテーブルなどの上に押し当てることによって、動脈可視化時において可視化部位２０の姿勢を安定させることができる。

　導光部４０を背側の皮膚面２２に押し付ける圧力を調整するときには、モニター７０に表示される圧力センサー４３において検出された接触圧を確認しながら、圧力調整部１００によってバルーン１０１内の空気圧を調節する。圧力調整部１００を用いることによって、導光部４０を背側の皮膚面２２に押し付ける圧力を所望の範囲、例えば上述した２０－４０ｍｍＨｇの範囲に簡単かつ確実に調整することができる。２０－４０ｍｍＨｇの範囲で導光部４０を押し付けることによって、背側の皮膚面２２を圧迫して皮膚の毛細血管網を虚脱させ、近赤外光が入射する皮膚部分において近赤外光が吸収されることを抑止できる。

　以上説明したように、第２の実施形態の動脈可視化装置１１は、上述した第１の実施形態の動脈可視化装置１０と同様の作用効果を奏する。さらに、第２の実施形態の動脈可視化装置１１は、導光部４０を背側の皮膚面２２に押し付ける圧力を調整自在な圧力調整部１００を有しているので、導光部４０を背側の皮膚面２２に押し付ける圧力を所望の範囲に簡単かつ確実に調整することができる。

　上述した第１と第２の実施形態では、照射部３０と、導光部４０と、光学フィルター５０と、撮像部６０とを有する動脈撮像装置１２０、１２１に表示部７０を接続した動脈可視化装置１０、１１を図示したが、動脈撮像装置１２０、１２１を既存の表示部に接続してもよい。この場合、動脈撮像装置１２０、１２１を準備するだけで、穿刺する動脈２１を好適に可視化し得る動脈可視化装置を構成でき、コスト的に有利なものとなる。

　（実験例）
　図４に示した動脈可視化装置１１を用いて橈骨動脈２１を可視化した実験結果について説明する。

　照射部３０の光源３２として、発光中心波長が８５０ｎｍのＬＥＤ（Ｖｉｓｈａｙ製、ＶＳＭＹ７８５０Ｘ１）を１個使用した。このＬＥＤに１．７５Ｖｏｌｔｓ、７２０ｍＡの電流を流した。導光部４０の材料として、液状シリコーンゴム（信越化学工業株式会社製　信越シリコーン一液型ＲＴＶゴム「ＫＥ－４４１」）を使用した。使用した液状シリコーンゴムの屈折率は１．４である。カメラ６０内の撮像素子とレンズとの間に、波長８４０ｎｍより短波長の成分を遮断する光学フィルター５０を挿入した。圧力調整部１００によってバルーン内の空気圧を調節し、導光部４０の圧迫部４２を背側の皮膚面２２に押し付ける圧力を４０ｍｍＨｇに調整した。可視化の対象は、５０歳男性の左橈骨動脈２１である。

　そして、前腕遠位背側から近赤外光を透過させ、橈骨動脈２１の走行が期待される橈骨遠位掌側面を近赤外高感度カメラによって観察した。動脈２１と静脈の判別は、血管拍動の有無によって行った。

　超音波診断装置によって橈骨動脈２１の位置を確認したところ、皮下７ミリメートルを走行していた。

　図５に得られた透過画像を示す。

　動画映像の視認性を確認した。毎秒３０フレームの動画映像では、動脈拍動があきらかであるため、橈骨動脈２１の同定が容易であった。超音波診断装置によって観察される橈骨動脈２１の走行と皮膚表面に投射される平面像は、映像データで視認されるものと完全に一致した。

　（対比例）
　図６は、対比例に係る動脈可視化装置１０Ａを示す断面図である。

　対比例においては、実施形態と異なり、可視化部位２０における表側の皮膚面２３、つまり穿刺部が存在する側の皮膚面に向けて近赤外光を照射した。動脈２１に向けて近赤外線を照射すると、動脈２１により信号強度が低下した反射光が得られるので、動脈２１における反射光と周囲組織の反射光との差によってコントラストを発生させ、透視画像を得ようとした。光源３２、光学フィルター５０、カメラ６０は上述した実験例と同一のものを使用した。

　図７に得られた画像を示す。

　図７より明らかなように、表側の皮膚面２３の表面からの反射光が観察されるだけで、動脈２１を可視化することはできなかった。

　光源３２を変え、近赤外光の波長を７５０－９５０ｎｍの範囲で変更して撮影した。しかしながら、皮膚表面における近赤外光の反射が同様に生じているので、動脈２１を可視化することはできなかった。

　本出願は、２０１２年５月２９日に出願された日本特許出願番号２０１２－１２１７００号に基づいており、その開示内容は、参照され、全体として、組み入れられている。

１０、１１　　動脈可視化装置、
２０　　可視化部位、
２１　　橈骨動脈、穿刺する動脈、
２２　　背側の皮膚面、
２３　　表側の皮膚面、
２４　　橈骨、
２７　　尺骨動脈、
２８　　尺骨、
３０　　照射部、
３１　　シャーシ、
３２　　光源、
４０　　導光部、
４２　　圧迫部、
４３　　圧力センサー、
５０　　光学フィルター、
６０　　カメラ（撮像部）、
７０　　モニター（表示部）、
８０　　作業空間、
９０　　遮光部材、
９１　　遮光部、
９２　　観察窓、
９３　　突出部、
９４　　固定具、
１００　圧力調整部、
１０１　バルーン、
１０２　注入部、
１２０、１２１　動脈撮像装置。

Claims

　近赤外光を出射する光源を備え、穿刺する動脈が走行している可視化部位における背側の皮膚面に向けて前記光源から出射された近赤外光を照射する照射部と、
　前記光源を封止するとともに前記背側の皮膚面に押し付けられ、前記光源から出射された近赤外光を透過させるとともに前記背側の皮膚面の表面における近赤外光の反射を抑える材料から形成された導光部と、
　可視光を遮断するとともに前記可視化部位における表側の皮膚面を透過した近赤外光を透過させる光学フィルターと、
　前記光学フィルターを透過した近赤外光を受光し前記可視化部位を撮影する撮像部と、
　前記撮像部によって撮影した画像を表示する表示部と、を有する動脈可視化装置。
　前記表側の皮膚面と前記撮像部とを離間して配置し、前記表側の皮膚面と前記撮像部との間に穿刺を行う作業空間を設けてなる、請求項１に記載の動脈可視化装置。
　前記導光部は、前記背側の皮膚面に向けて突出して前記背側の皮膚面を圧迫する圧迫部が形成されてなる、請求項１または請求項２に記載の動脈可視化装置。
　前記導光部を前記背側の皮膚面に押し付ける圧力を調整自在な圧力調整部をさらに有する、請求項１～請求項３のいずれか１つに記載の動脈可視化装置。
　近赤外光を遮断する材料から形成された遮光部と、前記可視化部位を撮影する開口された観察窓とが設けられ、前記表側の皮膚面に被せられる遮光部材をさらに有する、請求項１～請求項４のいずれか１つに記載の動脈可視化装置。
　前記遮光部材は、前記観察窓の周囲に設けられるとともに前記遮光部から突出する突出部を備え、前記突出部を前記表側の皮膚面に当接させることによって、前記表側の皮膚面のうち前記観察窓に臨む部位以外を透過した近赤外光が前記観察窓に混入することを遮断してなる、請求項５に記載の動脈可視化装置。
　前記近赤外光は、波長８４０－９５０ｎｍである、請求項１～請求項６のいずれか１つに記載の動脈可視化装置。
　前記導光部を形成する材料は、近赤外光透過率が高く、かつ、屈折率が生体に近いシリコーンゴムであり、その屈折率が１．３３－１．４４である、請求項１～請求項７のいずれか１つに記載の動脈可視化装置。
　前記導光部を前記背側の皮膚面に押し付ける圧力は、２０－４０ｍｍＨｇである、請求項１～請求項８のいずれか１つに記載の動脈可視化装置。
　可視化する動脈が橈骨動脈、または上腕動脈である、請求項１～請求項９のいずれか１つに記載の動脈可視化装置。
　請求項１～１０のいずれか１つに記載の動脈可視化装置に用いられる動脈撮像装置であって、前記照射部と、前記導光部と、前記光学フィルターと、前記撮像部と、を有する動脈撮像装置。