JP5286157B2

JP5286157B2 - 光ファイバ素線計数装置

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Publication number: JP5286157B2
Application number: JP2009124848A
Authority: JP
Inventors: 弘道鈴木; 隆宏岡澤; 進嶋田
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2009-05-25
Filing date: 2009-05-25
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2029-05-25
Also published as: JP2010271258A

Description

本発明は、生体光計測装置等に用いられる光ファイバを撮影された光ファイバ原画像から光ファイバ素線状況を把握する光ファイバ素線計数装置に関するものである。

生体光計測装置は、生体内部の血液循環、血行動態及びヘモグロビン量変化を、簡便に被検体に対し低拘束で且つ害を与えずに計測できる装置であり、近年、多チャンネル装置による測定データの画像化が実現され、臨床への応用が期待されている。

生体光計測装置では、近赤外光を生体に送信するため、及び生体内部で反射された光を受信するために、多成分ガラスからなる直径50μmの多数(例えば720本)の光ファイバ素線を含む複数のバンドル型光ファイバが使用されている。

照射光及び検出光は、光ファイバ素線により伝送されるため、計測データは光ファイバの内の正常な光ファイバ素線の数に大きく左右される。即ち、断線した光ファイバ素線の数が多くなると、精度の高い計測データが得られなくなるため、光ファイバ素線がある程度断線してしまうと交換する必要がある。また、光ファイバ素線が断線している状態で使用し続けてしまうと、光ファイバの照射効率が下がる。よって、照射光の発生源の半導体レーザを高出力化するため、半導体レーザの負担が増加し寿命低下につながる。

従来の光ファイバの検査装置として、光ファイバ素線計数装置が知られている(例えば、特許文献1)。この光ファイバ素線計数装置は、光ファイバ素線状況が撮影された光ファイバ原画像の画像データを2値化処理することにより、光ファイバ原画像を光ファイバ素線部分と背景部分とに分けて、処理した光ファイバ画像内の光ファイバ素線部分に記号を付加することにより、光ファイバ素線の数を計数することができる。

特開2008-180579号公報

しかしながら、上記公知文献では、現時点の光ファイバの素線の計数は行うことは可能であるが、どの時点で光ファイバ素線が断線したか判断することが困難である。そのため、生体光計測装置の納入先において、装置の定期検査の際、実際の光ファイバ原画像を見せても、どのように光ファイバの断線が進行したのかを把握できないため、光ファイバの交換を推奨することが難しい。

そこで本発明では、光ファイバの断線の経時的変化を把握することができる光ファイバ素線計数装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、複数の光ファイバ素線を含む光ファイバに検査光を透過させて得た光ファイバ原画像の画像データを2値化処理する演算部と、2値化データに基づいて作成された光ファイバ画像を表示する表示部とを備え、前記表示部は、現在撮影された前記光ファイバ原画像又は前記光ファイバ画像と、過去に撮影された前記光ファイバ原画像又は前記光ファイバ画像を同一画面に表示する。

以上、本発明によれば、光ファイバの断線の経時的変化を把握することができる。

本発明の生体光計測装置の基本構成を示すブロック図。本発明の光ファイバ素線計数装置を示す図。マイクロスコープにより得た複数の光ファイバ原画像。実施例1における光ファイバ素線計数装置の動作を示すフローチャート。実施例2におけるマーキング処理前後の光ファイバ画像の一部を拡大して示す図。実施例2における光ファイバ素線計数装置の動作を示すフローチャート。実施例2における光ファイバ原画像とマークを示す図。

生体光計測装置は、近赤外光を生体内に照射し、生体の表面近傍から反射或いは生体内を通過した光(以下、単に通過光という)を検出し、光の強度に対応する電気信号を発生する装置である。この生体光計測装置は、図1に示すように、近赤外光を照射する光源部10と、通過光を計測し、電気信号に変換する光計測部12と、光源部10及び光計測部12の駆動を制御する制御部14とを備えている。

光源部10は、所定の波長の光を放射する半導体レーザ16と、半導体レーザ16が発生する光を複数の異なる周波数で変調するための変調器を備えた複数の光モジュール18とを備え、各光モジュール18の出力光はそれぞれ光ファイバ20を介して被検体22の所定の計測領域、例えば頭部の複数箇所から照射される。なお、プローブホルダ23は被検体22に取り付けられており、光ファイバ20はプローブホルダ23に固定されている。

光源部10は、n個(nは自然数)の光モジュールを備える。光の波長は生体内の注目物質の分光特性によるが、HbCO2とHbO2の濃度から酸素飽和度や血液量を計測する場合には600nｍ〜1400nｍの波長範囲の光の中から2あるいは複数波長選択して用いる。

光計測部12は、計測領域の複数の計測箇所から検出用光ファイバ26を介して誘導された通過光をそれぞれ光量に対応する電気量に変換するフォトダイオード等の光電変換素子28と、光電変換素子28からの電気信号を入力し、光照射位置に対応した変調信号を選択的に検出するロックインアンプ30と、ロックインアンプ30の出力信号をデジタル信号に変換するA/D変換器32とからなる。

光源部10は酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンの2種類の測定対象に対応して2種類の波長、例えば780nm及び830nmの光を発生するように構成され、これら二波長の光は合成され一つの照射位置から照射される。ロックインアンプ30は光照射位置とこれら二波長に対応した変調信号を選択的に検出する。光照射位置と検出位置との間の点(計測点)のヘモグロビン量変化信号が得られる。

また、デジタル信号に変換されたヘモグロビン量変化信号を処理し、酸素化ヘモグロビン濃度変化、脱酸素化ヘモグロビン濃度変化、全ヘモグロビン濃度変化などをチャンネル毎に示すグラフやそれを被検体の二次元画像上にプロットした画像を作成する信号処理部34と、信号処理部34の処理結果を表示する表示部36と、信号処理部34の処理に必要なデータや処理結果を記憶するための記憶部38と、装置の動作に必要な種々の指令を入力するための操作部40を備えている。

図2は、本発明の光ファイバ素線計数装置を示す構成図である。光ファイバ素線計数装置は、光ファイバ20,26の一端部から検査光を入射する検査光入射部(測定冶具)41、光ファイバ20,26の他端部を保持する支持台42、光ファイバ20,26の他端部から出射された検査光を受けるマイクロスコープ(小型顕微鏡)43、及びマイクロスコープ43からの画像情報を取り込む計数装置本体44を有している。

検査光入射部41は、検査光を発生する平板状の光源部と、光源部に対向するように光ファイバ20,26の一端部を保持するホルダ48とを有している。

マイクロスコープ43は、支持台42の上面に対向するように配置されている。光ファイバ20,26の他端部は、マイクロスコープ43に対向するように支持台42上に保持される。検査者はこのマイクロスコープ43を通して光ファイバ20,26の端面を観察し、撮影に適すると判断した場合に光ファイバ20,26の端面をマイクロスコープ43によって撮像する。

計数装置本体44は、演算処理部(CPU等)、記憶部(ROM、RAM及びハードディスク等)及び信号入出力部を持ったコンピュータを有している。また、計数装置本体44はディスプレイ45(表示部)を備えるとともに、キーボード46およびマウス47を有している。

計数装置本体44のコンピュータには、マイクロスコープ43から取り込んだ光ファイバ原画像の画像データを処理するプログラムが(計数ソフトウェア)が格納されている。計数装置本体44が行う画像処理は、2値化処理(閾値処理)、収縮処理(Erosion)、ラベリング処理である。

まず、2値化処理(閾値処理)は、24bitカラーbmp画像データから特定の領域、即ち光ファイバ素線の領域が抽出され、これにより光ファイバ原画像が光ファイバ素線部分と背景部分とに分けられる。2値化処理とは各画素の輝度を一定の基準値により、黒色と白色の2つの値に変換する処理のことである。この基準値のことを閾値(Threshold=TH)という。

撮影されたbmp画像の各画素には、0〜255のRGB値が格納されており、このRGB値の平均値が各画素における明るさになる。また、基準とする閾値によって、2値化処理後の画像は異なるものである。本実施例では、2値化処理前のマイクロスコープ43から取り込んだ画像を光ファイバ原画像、2値化処理後の画像を光ファイバ画像と呼ぶ。

次に、計数装置本体44が行う収縮処理では、2値化処理された光ファイバ画像の光ファイバ素線部分の外周に位置する画素値が背景部分の画素値に変換され、光ファイバ素線部分の周囲が1画素分縮められる。即ち、ある画素の近傍に1つでも画素値0が存在すればその画素の画素値は0に、その他の画素値は255になる。これにより、互いに隣接する光ファイバ素線部分が切り離される。

次にラベリング処理では、光ファイバ画像内の光ファイバ素線部分に番号が付加される。具体的には、画素値が255である画素のうち、互いに隣接している全ての画素(連結成分)に同じラベル(番号)が付され、異なった連結成分には異なった番号が付される。

また、計数装置本体44の記憶部は、上記のように撮影された光ファイバ原画像及び光ファイバ画像を撮影された時間情報とともに記憶する。そして、ディスプレイ45は、光ファイバ原画像又は光ファイバ画像を記憶部から読み出して表示する。よって、過去に撮影された光ファイバ原画像又は光ファイバ画像と、現在撮影された光ファイバ原画像又は光ファイバ画像をディスプレイ45の同一画面に表示することができる。なお、ディスプレイ45は、光ファイバ原画像と光ファイバ画像のいずれか1つの現在及び過去の画像を記憶部から読み出して表示してもよい。

具体的に、図3を用いて実施例1を説明する。図3は、いずれも同じ光ファイバを用いて撮影された光ファイバ原画像である。計数装置本体44の記憶部から過去にマイクロスコープ43で撮影された光ファイバ原画像を読み出して、ディスプレイ45に表示する。また、計数装置本体44の記憶部から、2値化処理後の光ファイバ画像を読み出して、ディスプレイ45に表示することもできる。
図3(a)が一番古い時期に撮影された光ファイバ原画像、図3(b)が左図より後に撮影された光ファイバ原画像、図3(c)が現在撮影された光ファイバ原画像である。それぞれの光ファイバ原画像において、白丸で表示されている部位が光ファイバ素線部分である。それぞれの光ファイバ原画像の下部には、光ファイバ画像が撮影された撮影日が読み出されて表示されている。また、検査者は、キーボード46又はマウス47を用いて生体光計測装置の出荷日が入力されると、計数装置本体44のコンピュータは出荷日と撮影日との差から出荷後の年数を演算する。そして、ディスプレイ45は、演算された出荷後の年数を光ファイバ原画像とともに表示する。

このように、計数装置本体44の記憶部に過去に撮影された光ファイバ原画像を撮影された時間情報とともに記憶し、再度光ファイバ原画像を読み出しディスプレイ45に表示させることにより、検査者は光ファイバの断線経過を明確に把握することができる。

さらに、光ファイバの断線率を光ファイバ原画像とともにディスプレイ45に表示することもできる。具体的には、計数装置本体44のコンピュータは、予め撮影された光ファイバ原画像の光ファイバの総数と光ファイバの断線数を用いて、断線率を次式のように演算する。

計数装置本体44のコンピュータによって求められた断線率は、計数装置本体44の記憶部に光ファイバ原画像、撮影日とともに記憶される。そして、ディスプレイ45は、光ファイバ原画像と断線率を記憶部から読み出して表示する。このように、光ファイバ原画像と断線率を同一画面にディスプレイ45に表示することができる。

よって、検査者は、過去に撮影された光ファイバ原画像(若しくは光ファイバ画像)と現在撮影された光ファイバ原画像(若しくは光ファイバ画像)と、そのときに演算された断線率から、検査者は光ファイバが光ファイバの断線経過をさらに明確に把握することができる。

(動作)
図4は、本発明の実施例1における光ファイバ素線計数装置の動作を示すフローチャートである。
(ステップS1)
まず、マイクロスコープ43で光ファイバ20,26の端面を観察し、光ファイバ原画像を取り込み、計数装置本体44の記憶部は光ファイバ原画像を記憶する。

(ステップS2)
光ファイバ原画像の2値化処理で用いられる閾値の判定および設定を行う。

(ステップS3)
計数装置本体44のコンピュータは、閾値が設定されると、2値化処理により、光ファイバ原画像を光ファイバ素線部分と背景部分とに分け、光ファイバ画像を作成する。

(ステップS4)
そして、計数装置本体44のコンピュータは、収縮処理により、光ファイバ画像内に存在するノイズを除去するとともに、互いの隣接する光ファイバ素線部分を切り離す。

(ステップS5)
計数装置本体44のコンピュータは、収縮処理の後、ラベリング処理により、光ファイバ画像内の光ファイバ素線部分に番号を付加する。

(ステップS6)
計数装置本体44のコンピュータは、付された番号を正常な光ファイバ素線の本数として計数装置本体44の記憶部に出力する。

(ステップS7)
計数装置本体44のコンピュータは、ラベリング処理後の光ファイバ画像を撮影日、断線率、正常な光ファイバ素線の本数等とともに計数装置本体44の記憶部に記憶し、ディスプレイ45に光ファイバ画像を表示する。このとき、ディスプレイ45は、光ファイバ原画像を表示することもできる。

以上、半導体レーザと接続される光ファイバが断線していると、照射効率が下がるため半導体レーザの負荷がかかってしまうこともあるが、実施例1によれば、計時的に複数の光ファイバ原画像(撮影日、断線率等)若しくは光ファイバ画像を検査者に見せることにより、光ファイバの交換を促すことができる。

実施例2について図2、図5〜図7を用いて説明する。実施例1と異なる点は、光ファイバ原画像若しくは光ファイバ画像において断線が進行した箇所(領域)に検査者又はコンピュータがマークを行う点である。

検査者がマークを行なう場合、検査者は、現在撮影された光ファイバ原画像若しくは光ファイバ画像の中で過去に撮影された光ファイバ原画像若しくは光ファイバ画像と異なる画素(領域)にマークを行う。具体的には、検査者は、現在撮影された光ファイバ原画像若しくは光ファイバ画像の光ファイバ素線部分が消えた画素(領域)について、キーボード46又はマウス47を用いてマークを行う。

また、計数装置本体44のコンピュータ(演算部)がマークを行う場合、コンピュータは、現在撮影された光ファイバ原画像若しくは光ファイバ画像と過去に撮影された光ファイバ原画像若しくは光ファイバ画像をスキャンして、現在撮影された光ファイバ原画像若しくは光ファイバ画像の中で過去に撮影された光ファイバ原画像若しくは光ファイバ画像と異なる画素(領域)にマークを行う。

図5は、光ファイバ画像の一部を拡大している説明図である。図5(a)は過去に撮影された光ファイバ画像、図5(b)は現在撮影された光ファイバ画像である。光ファイバ画像の光ファイバ画素50は、光ファイバが検出された画素であり、光ファイバ素線部分である。

計数装置本体44のコンピュータは、現在撮影された光ファイバ画像と過去に撮影された光ファイバ画像を比較して、現在撮影された光ファイバ画像の中で過去に撮影された光ファイバ画像と異なる画素(領域)52にマークを行う。具体的には、計数装置本体44のコンピュータは、過去に撮影された光ファイバ画像から現在撮影された光ファイバ画像の各画素において差分を取る。そして、計数装置本体44のコンピュータは、現在撮影された光ファイバ画像の中で差分がある画素(領域)52を抽出し、それぞれマークを行う。図5(b)の光ファイバ画像では、4つの画素(領域)52に差分があるため、4つの画素(領域)52が抽出され、それぞれの4つの画素(領域)52にマークされていることが示されている。このように、4つの画素(領域)52は、光ファイバ素線部分が無くなった部位として検出される。

以上のように、現在撮影された光ファイバ画像の中で過去に撮影された光ファイバ画像と異なる画素があれば、何らかの原因で光ファイバ素線が断線してしまったことを表している。このように同一の光ファイバで撮影された光ファイバ画像を比較することで、検査者は経時的に光ファイバの断線状態を把握することができる。

なお、図5は、光ファイバ画像に特化して説明したが、光ファイバ原画像についても同様に実施することができる。

図6は、本発明の実施例2における光ファイバ素線計数装置の動作を示すフローチャートであり、S1で撮影された光ファイバ原画像若しくは光ファイバ画像において光ファイバの表示および断線箇所をマーキングする動作のフローチャートである。図6のフローチャートの動作は図4のフローチャートの動作後(S7後)に実行されるものである。S1〜S7は実施例1で説明されているので、ここでは説明を省略する。

(ステップS8)
まず、S1、S7で計数装置本体44の記憶部に記憶された光ファイバ画像(撮影日、断線率、正常な光ファイバ素線の本数等)から断線状態を比較したい光ファイバ画像(A,B)を読み込む。ここで、光ファイバ画像Aは過去に撮影された光ファイバ画像、光ファイバ画像Bは現在撮影された光ファイバ画像である。

(ステップS9)
検査者、又は計数装置本体44のコンピュータは、現在撮影された光ファイバ画像と過去に撮影された光ファイバ画像をスキャンし、比較して、現在撮影された光ファイバ画像の中で過去に撮影された光ファイバ画像と異なる画素(領域)52にマークを行う。

(ステップS10)
現在撮影された光ファイバ画像の中で過去に撮影された光ファイバ画像と異なる画素(領域)52にマークを行なわれた現在撮影された光ファイバ画像を表示する。また、検査者、又は計数装置本体44のコンピュータは、光ファイバ画像におけるマーク52の位置情報を取得し、光ファイバ原画像の同じ位置にマーク52を重ねて表示することができる。

よって、検査者は、光ファイバ素線の本数、断線状態に応じて、光ファイバ20,26が使用可能であるかどうか判断することができる。さらに、検査者は過去の光ファイバ画像を記憶していることで、出荷状態が悪かったのか、もしくはユーザの取扱いが悪かったのかを判定することも可能である。

図7は、過去と現在に撮影された光ファイバ原画像を示している。図7(a)は、過去に撮影された光ファイバ原画像であり、図7(b)は、マーク52が付与された光ファイバ原画像である。

図7における白丸50は、光ファイバ原画像の光ファイバ素線を示すものであり、縦線を含む丸(マーク)52は、現在撮影された光ファイバ画像の中で過去に撮影された光ファイバ画像と異なる画素(領域)を示すマークである。また、それぞれの光ファイバ原画像の下部には、実施例1と同様に、光ファイバ原画像が撮影された撮影日、出荷後の年数が読み出されて表示されている。

以上、本発明の光ファイバ素線計数装置では、光ファイバ原画像を2値化処理することにより、光ファイバ画像を生成し、光ファイバ画像を光ファイバ素線部分と背景部分とに分け、光ファイバ画像内の光ファイバ素線部分に番号を付加するので、短時間で容易でかつ高精度に光ファイバ素線の数を計数することができる。また、過去に撮影された光ファイバ原画像若しくは光ファイバ画像を複数枚並べることにより、経時的に光ファイバの断線状態を把握することができる。もし、顧客先で不具合が生じたとしても迅速に対応が行うことができる。

本発明の光ファイバ素線計数装置は、マーキング機能を備えることにより、検査者は光ファイバの素線のどの部分が断線したのかを詳細に把握することができる。光ファイバは多成分ガラスからなる直径50μmの多数の光ファイバ素線を含む複数のバンドル型光ファイバが使用されているため、取扱いには十分注意しなければならない。そこで光ファイバ原画像若しくは光ファイバ画像にマーキングすることにより、検査者は顧客先においてどのように断線していくかを一目で判断でき、他の部品(例えば半導体レーザ)の寿命の低下を防ぐことができる。また出荷前に、ある荷重を加えると光ファイバのある部分が断線しやすくなるという傾向がつかむことができ、品質向上にもつながる。

20 光ファイバ、26 光ファイバ、41 検査光入射部、42 支持台、43 マイクロスコープ、44 計数装置本体、45 ディスプレイ、46 キーボード、47 マウス、50 光ファイバ画像の光ファイバ素線部、52 マーク

Claims

複数の光ファイバ素線を含む光ファイバに検査光を透過させて得た光ファイバ原画像の画像データを２値化処理する演算部と、２値化データに基づいて作成された光ファイバ画像を表示する表示部とを備え、
前記表示部は、現在撮影された前記光ファイバ原画像又は前記光ファイバ画像と、過去に撮影された前記光ファイバ原画像又は前記光ファイバ画像を同一画面に表示することを特徴とする光ファイバ素線計数装置。
現在撮影された光ファイバ画像と過去に撮影された光ファイバ画像を比較し、光ファイバ原画像又は前記光ファイバ画像において、現在撮影された光ファイバ画像の中で過去に撮影された光ファイバ画像と異なる位置にマークを行う演算部を備えることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ素線計数装置。
前記表示部は、前記光ファイバ画像が撮影された撮影日を前記光ファイバ原画像又は前記光ファイバ画像とともに表示することを特徴とする請求項１記載の光ファイバ素線計数装置。