日本奈良先端科學技術大學院大學先端科學技術研究科資訊科學領域光媒體介面研究室的久保尋之助教、博士生岩口堯史（現爲九州大學助教）、舩富卓哉副教授和向川康博教授等人，與美國卡内基梅隆大學的Srinivasa G. Narasimhan教授和亞利桑那州立大學的Suren Jayasuriya助教等人的研究團隊合作，共同開發出了能以非接觸方式即時清晰顯示皮下血管的技術。利用該技術能輕鬆應答因血管細而難以注射和採血的老年人及兒童的靜脈血管，此外還有望用來診斷下肢血管隆起的小腿靜脈曲張等疾病。
圖1：利用此次的方法使手臂血管實施視覺化
透過光源向皮膚照射光時，大部分光都在皮膚表面反射，只有非常少的一部分光會進入皮膚内部並散射，由此光照射皮膚的位置與經由内部重新回到外部的光的位置之間存在微小的間隙。研究團隊決定透過觀測穿過皮膚内部的散射光，來捕捉皮下分佈的血管。
首先，採用市售雷射掃描投影機和捲簾快門式相機，組裝了並行量測裝置。投影機的光線與相機快門會在拍攝物件上高速掃描。然後，透過在照射光線後並按快門拍攝前有意插入不到1毫秒的時間延滯，在照射光線的位置與利用相機觀測的位置之間形成了微小的間隙（距離）。最終，爲避免受皮膚表面反射的光的影響，可以僅選擇性地捕捉穿過皮膚内部並散射的光（參考圖3），成功地以非接觸方式即時拍攝到了皮下血管的樣子。另外，透過解析拍攝的影片影像，還能測量脈搏。
該系統不容易受外部光線的影響，因此可以在日常輝度的室内使用，而且由於光源採用可見光，與X射線等相比，還具有對健康的影響比較小等特點。此外，該系統體積小，成本低，因此還有望在個人家庭或發展中國家使用。
相關研究成果已於10月21日發佈在國際學術期刊《IEEE Transaction on Computer Graphics》 (TVCG)上。
圖2：利用普通相機拍攝的身體各部位元映像片（左）以及利用此次的方法拍攝的血管（右）
本研究採用時間同步式投影機-相機系統，在照明和拍攝之間有意插入了不到1毫秒的時間延滯。由此能在照射光的位置與利用相機觀測的位置之間形成微小的距離。
由於物體表面反射的光是在光照射的位置反射，該系統觀測不到。而進入物活體內部並散射的光會擴散到稍遠一點的位置，所以該系統僅能觀測到這部分散射光。因此，利用該系統觀測人體皮膚時，完全觀測不到皮膚表面的反射光，只能觀測到穿過皮膚内部的散射光，這樣，皮膚内部的血管可以像陰影一樣被相機捕捉（圖3）。
圖3：系統概念圖
系統使用雷射作爲光源，透過同時使用帶通濾波器，能大幅減量來自外部的光線，可以直接在室内光線下使用。另外，由於雷射掃描式投影機和捲簾快門相機的製造成本都很低，因此還有望削減系統整體的製造成本。
今後將開發使拍攝的影像更加清晰的影像處理演算法，併爲進一步實施小型化而繼續操作開展研究。
【論文資訊】
題目：「Programmable Non-Epipolar Indirect Light Transport: Capture and Analysis」
雜誌：IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics
DOI: 10.1109/TVCG.2019.2946812.
文：JST客觀日本編輯部翻譯整理
