JP2020006234A - 前眼部光干渉断層撮影装置および前眼部光干渉断層撮影方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光干渉断層法により取得される被検眼の前眼部の断層画像において、水晶体の各層の層境界を特定することにより正確な水晶体形状解析を行うことが可能な前眼部光干渉断層撮影装置および前眼部光干渉断層撮影方法を提供すること。【解決手段】前眼部光干渉断層撮影装置によって取得された被検眼の前眼部の断層画像における角膜から眼底へと向かう深さ方向の輝度値から輝度勾配を算出して所定の閾値より大きいエッジｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４を検出し、これらのエッジｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４の位置から被検眼の水晶体Ｌの層境界を特定する層境界検出手段を備えることを特徴とする。【選択図】図４

Description

本発明は、光干渉断層法により、被検眼の水晶体を含む前眼部の断層画像を撮影する前眼部光干渉断層撮影装置および前眼部光干渉断層撮影方法に関するものである。

眼科検査に用いられる検査装置として、光干渉断層法（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：ＯＣＴ）を用いて被検者の被検眼（眼球）の断層画像を撮影する光干渉断層撮影装置がある。この光干渉断層撮影装置には、大きく分けてタイムドメイン方式（ＴＤ−ＯＣＴ）とフーリエドメイン方式（ＦＤ−ＯＣＴ）とがある。

ＴＤ−ＯＣＴは、光源からのビームをビームスプリッタにより測定光と参照光とに分割し、参照用のミラーを光軸方向に沿って機械的に走査させて被検眼の深さ方向の反射光強度分布を得る方式である。ＦＤ−ＯＣＴは、さらに、スペクトラルドメイン方式（ＳＤ−ＯＣＴ）とスウェプトソース方式（ＳＳ−ＯＣＴ）とに分けられる。ＳＤ−ＯＣＴは、干渉計から得られる干渉光を、回折格子からなる分光器で波長スペクトルに分解してラインセンサー（ＣＣＤカメラ等）で検出し、その検出信号を逆フーリエ変換することで深さ方向の反射光強度分布を取得する方式である。ＳＳ−ＯＣＴは、光源の光周波数（波長）を高速走査して光検出器（フォトダイオード）からの信号を時間的に計測することでスペクトル信号を検出し、この検出信号を逆フーリエ変換することによって深さ方向の反射光分布強度を取得する方式である。

ＴＤ−ＯＣＴは、一つの測定光である一点の情報が得られるのに対して、ＦＤ−ＯＣＴは一つの測定光で奥行き方向全ての情報が得られる。そのため、ＦＤ−ＯＣＴはＴＤ−ＯＣＴに比べ、測定にかかる時間を大幅に短縮できる。そのため、前眼部ＯＣＴにはＦＤ−ＯＣＴが用いられており、三次元解析が可能となっている。

一般に、ＯＣＴでは、測定光を被検眼に対して一次元走査することで二次元断層画像を取得し（Ｂ−スキャン）、さらに、二次元断層画像を被検眼に対して位置をずらしながら繰り返し取得することで三次元画像を得る（Ｃ−スキャン）。

スキャンの方法としては、ラスタースキャンと称される方法と、ラジアルスキャンと称される方法がある。ラスタースキャンは、水平方向に伸びる走査線に沿って一次元走査（Ｂ−スキャン）することを垂直方向にずらしながら繰り返し（Ｃ−スキャン）、眼球の三次元画像を撮影するものである。これにより、各走査線に沿う断層画像を得ることができる。ラジアルスキャンは、放射方向に延びる走査線に沿って一次元走査（Ｂ−スキャン）することを、円周方向にずらしながら繰り返す（Ｃ−スキャン）ものである。これにより、各走査線に沿う断層画像を得ることができる。

このようなＯＣＴを用いた前眼部光干渉断層撮影装置としては、光干渉断層法により走査線に沿って被検眼の前眼部の深さ方向の断層画像を取得する断層画像取得手段、被検眼の正面画像を撮影する撮像手段、被検眼の角膜の頂点位置を検出する角膜頂点位置検出手段等を備えるものがある（例えば、特許文献１参照）。また、近年では、前眼部における水晶体の後面まで撮像可能な前眼部光干渉断層撮影装置も提案されており、これによれば、得られた水晶体の形状画像に基づいて、白内障手術後に挿入される眼内レンズ度数が決定される（例えば、特許文献２参照）。

特開２００９−１４２３１３号公報 国際公開第２０１３／１８７３６１号

しかしながら、水晶体の形状解析までも正確に行うことが可能な前眼部光干渉断層撮影装置は、現時点においては提案されていない。前眼部光干渉断層撮影装置により前眼部を撮影する場合には、スネルの法則に従って、前眼部における各組織境界（角膜前後面、水晶体前後面等）で測定光が屈折するため、得られる断層画像には歪みが生じる。さらに水晶体は、皮質と核の層が存在しており、各層で屈折率が異なるため、水晶体内部においても歪みが生じることとなる。そのため、正確に水晶体形状解析を行うためには、水晶体内部の層境界を特定し、各層の屈折率に基づいて断層画像の歪みを補正する必要がある。

そこで、本発明は、断層画像から水晶体内部の層境界を特定することにより、正確な水晶体形状解析を行うことが可能な前眼部光干渉断層撮影装置および前眼部光干渉断層撮影方法を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために、本発明に係る前眼部光干渉断層撮影装置は、光干渉を用いて被検眼の水晶体を含む前眼部の断層画像を取得する前眼部光干渉断層撮影装置であって、前記断層画像における角膜から眼底へと向かう深さ方向の輝度値より輝度勾配を算出して所定の閾値より大きいエッジを検出し、前記エッジの位置から前記水晶体の層境界を特定する層境界検出手段を備えることを特徴とする。

本発明者は、上記の課題の解決に向けて検討を行った結果、断層画像において、１）水晶体の前後面はライン状になること、２）健常眼の場合、水晶体核の部分は黒くなる（低輝度となる）こと、といった、水晶体の層境界で発生する特徴的な深さ方向の輝度の変化に着目して、上記課題を解決することを見出した。すなわち、層境界検出手段を備えることにより、得られた断層画像の角膜から眼底へと向かう深さ方向（Ａ−スキャン）の輝度値を求め、この輝度値より輝度勾配を算出して所定の閾値より大きいエッジを検出し、このエッジの位置から水晶体の層境界を特定することを可能としたのである。なお、本明細書において、ピークとは、画像の輝度情報における山なりの頂点の位置をいい、エッジとは、画像の輝度情報をエッジフィルターで処理した情報であって輝度値の変化を特定するものをいう。

また、前記層境界検出手段は、前記輝度勾配において前記水晶体の前面側の領域内にある立ち下がりエッジの位置を前記水晶体核の前面位置として特定するとともに、前記輝度勾配において前記水晶体の後面側の領域内にある立ち上がりエッジの位置を前記水晶体核の後面位置として特定するようにしてもよい。こうすることで、水晶体核の前後面の位置を正確に特定することが可能となる。

また、前記断層画像における前記水晶体の各層の屈折率情報に基づいて光線追跡を行うことにより、前記水晶体の前記層境界での屈折による歪みを補正する断層画像補正手段を有してもよい。上述したように、測定光はスネルの法則に従って、前眼部における各組織境界で屈折する。このため、水晶体各層の境界（水晶体の前後面、水晶体核の前後面）においても屈折率が異なるため、得られる断層画像は水晶体内部でも歪みが生じる。そこで、断層画像補正手段を備えることにより、正確な水晶体形状解析を行うことを可能としている。

また、前記層境界検出手段により検出された前記エッジの数に基づいて、前記水晶体の混濁度合を判定する第１混濁度合検出手段を備えてもよい。詳しくは後述するが、水晶体に混濁がある場合（白内障眼の場合）には、健常眼よりもエッジの数が多く検出される。第１混濁度合検出手段は、このようなエッジの数に応じて、白内障の有無やその進行度を判定するものである。

また、前記断層画像において特定した層内の前記輝度値の総和値および／または平均値が所定の閾値より大きいか否かを判断することにより、前記水晶体の混濁度合を判定する第２混濁度合検出手段を備えてもよい。詳しくは後述するが、断層画像においては、白内障が重度な場合には層内の輝度値が大きくなり、逆に、白内障が軽度の場合には層内の輝度値が小さくなる。第２混濁度合検出手段は、このような輝度値の総和値や平均値の大小から、白内障の進行度を定量的に評価できるようにするものである。また、上述のように、第１混濁度合検出手段により、層境界検出手段によって検出されたエッジの数から水晶体の混濁度合を判定することが可能であるが、被検眼によっては水晶体の混濁度合が強くエッジを検出することが困難な場合がある。このような場合であっても、第２混濁度合検出手段よれば、特定した層内の輝度値の総和値や平均値を用いて混濁度合を判断することが可能となる。

また、本発明に係る前眼部光干渉断層撮影方法は、光干渉を用いて被検眼の水晶体を含む前眼部の断層画像を取得する前眼部光干渉断層撮影方法であって、前記断層画像における角膜から眼底へと向かう深さ方向の輝度値より輝度勾配を算出して所定の閾値より大きいエッジを検出し、前記エッジの位置を前記水晶体の層境界として特定する層境界検出工程を含むことを特徴とする。これによれば、得られた断層画像における水晶体の各層の境界を比較的簡単に特定することができる。

このとき、前記層境界検出工程にて、前記輝度勾配において前記水晶体の前面側の領域内にある立ち下がりエッジの位置を前記水晶体核の前面位置として特定するとともに、前記輝度勾配において前記水晶体の後面側の領域内にある立ち上がりエッジの位置を前記水晶体核の後面位置として特定するように構成すれば、水晶体核の前後面の位置を特定することができる。

また、前記断層画像における前記水晶体の各層の屈折率情報に基づいて光線追跡を行うことにより、前記水晶体の層境界での屈折による歪みを補正する断層画像補正工程を含んでもよい。これによれば、測定光が屈折することによって生じる断層画像の歪みが補正されるので、正確な水晶体形状解析を行うことが可能となる

また、前記層境界検出工程において検出された前記エッジの数に基づいて、前記水晶体の混濁度合を判定する第１混濁度合検出工程を含んでもよく、前記断層画像において特定した層内の前記輝度値の総和値および／または平均値が所定の閾値より大きいか否かを判断することにより、前記水晶体の混濁度合を判定する第２混濁度合検出工程を含んでもよい。これによれば、水晶体の各層の混濁度合を比較的簡単に判定することが可能となるので、白内障の有無や進行度を容易に判定することが可能となる。

本発明の前眼部光干渉断層撮影装置および前眼部光干渉断層撮影方法によれば、水晶体の各層（水晶体皮質、水晶体核）の層境界を断層画像の輝度情報から容易に特定することができる。

本実施例に係る前眼部光干渉断層撮影装置の構成を説明する模式図である。 図１のスキャニング−アライメント光学系の構成を説明する模式図である。 健常眼の水晶体の断層画像である。 健常眼の水晶体の断層画像と、ある一本のＡスキャンにおける輝度値ｆ（ｚ）の分布および輝度勾配（Δｆ（ｚ）／Δｚ）の分布との関係を説明する模式図である。 白内障眼の水晶体の断層画像である。 白内障眼の水晶体の断層画像と、ある一本のＡスキャンにおける輝度値ｆ（ｚ）の分布および輝度勾配（Δｆ（ｚ）／Δｚ）の分布との関係を説明する模式図である。 （ａ）は屈折補正前の前眼部の断層画像、（ｂ）は屈折補正後の前眼部の断層画像である。 本実施例に係る前眼部光干渉断層撮影装置にて断層画像を取得するまでの方法のフロー図である。 本実施例に係る前眼部光干渉断層撮影装置にて取得された屈折補正後の断層画像である。

以下、本発明の一実施例を図に基づいて説明する。
図１には、本発明に係る光干渉断層撮影装置１の構成が示されている。光干渉断層撮影装置１は、大きく分けてＯＣＴ干渉系１００およびＫ−ｃｌｏｃｋ生成用干渉光学系４００とからなる。

ＯＣＴ干渉系１００は、光干渉断層法により被検眼の前眼部の断層画像を得るものである。本実施例では、ＳＳ−ＯＣＴが採用されており、光源１０には、時間的に波長を変化させて走査する波長掃引光源が用いられている。この波長掃引光源としては、例えば、中心波長１μｍ以上で掃引幅７０ｎｍ以上の帯域を有する５０ＫＨｚ以上の高速スキャンが実現可能な性能を有するものが用いられる。光源１０から出射される入力光は、単一モードファイバ（Ｓｉｎｇｌｅ ｍｏｄｅ ｆｉｂｅｒ）などの光ファイバにより導かれ、サンプル２０の断層画像撮影に利用されるとともに、ｋ−ｃｌｏｃｋの生成にも利用されるものである。光源１０とＯＣＴ干渉系１００およびｋ−ｃｌｏｃｋ生成用干渉光学系４００との間には、出射された入力光を分岐させるＳＭＦＣ（単一モードファイバカプラ）１０１が設けられ、ＳＭＦＣ１０１により入力光はＯＣＴ干渉系１００およびｋ−ｃｌｏｃｋ生成用干渉光学系４００に向けて分岐される。

ＯＣＴ干渉系１００は、分岐された入力光を更に分岐させるＳＭＦＣ１０２と、更に分岐された一方の入力光を測定光としてサンプル２０の測定を行うスキャニング−アライメント光学系２００と、更に分岐された他方の入力光を参照光とする参照光学系３００と、サンプル２０の反射光および参照光から測定干渉光を合成するＳＭＦＣ１０３と、ＳＭＦＣ１０３で合成された測定干渉光を受光して測定干渉信号を出力するバランスドディテクタ１１０と、測定干渉信号に基づいてサンプル２０の断層画像を演算処理により求める演算処理部１３０とを備える。

ＳＭＦＣ１０２は、ＳＭＦＣ１０１により分岐された入力光の一方が入射されるものであり、入射された入力光をさらにスキャニング−アライメント光学系２００に導かれるものと、参照光学系３００に導かれるものとに分岐するものである。

スキャニング−アライメント光学系２００は、測定側サーキュレータ１０４を介して、サンプル２０に測定光を照射するとともに、サンプル２０からの反射光をＳＭＦＣ１０３に導くための光学系である。スキャニング−アライメント光学系２００の詳細については後述する。

測定側サーキュレータ１０４は、ＳＭＦＣ１０２とスキャニング−アライメント光学系２００とＳＭＦＣ１０３との間に配置された光学素子である。測定側サーキュレータ１０４により、ＳＭＦＣ１０２から導かれた測定光はスキャニング−アライメント光学系２００へと導かれ、スキャニング−アライメント光学系２００から導かれた反射光はＳＭＦＣ１０３へ導かれる。

参照光学系３００には、入力光を参照光に変換する参照部３０１と、入力光を参照光学系３００に導くと共に参照光をＳＭＦＣ１０３に導く参照側サーキュレータ１０５とが設けられている。本実施例において、参照部３０１は入射された入力光を参照光として出射するプリズムである。参照部３０１は、サンプル２０を測定する前にスキャニング−アライメント光学系２００の光路長と参照光学系３００の光路長とを一致させるために移動可能とされている。サンプル２０の測定中は、参照部３０１の位置は固定される。

参照側サーキュレータ１０５は、ＳＭＦＣ１０２と参照部３０１とＳＭＦＣ１０３との間に配置された光学素子である。参照側サーキュレータ１０５によりＳＭＦＣ１０２から導かれた入力光は参照部３０１へ導かれ、参照部３０１から導かれた参照光はＳＭＦＣ１０３へ導かれる。

ＳＭＦＣ１０３はスキャニング−アライメント光学系２００から導かれた反射光と、参照光学系３００から導かれた参照光とを合成して測定干渉光を生成するものであり、かつ、合成された測定干渉光を１８０°位相が異なる２つの測定干渉光に分岐させてバランスドディテクタ１１０に導くものでもある。

バランスドディテクタ１１０は、ＳＭＦＣ１０３にて合成された測定干渉光を受光する光検出器である。スキャニング−アライメント光学系２００および参照光学系３００とバランスドディテクタ１１０との間にはＳＭＦＣ１０３が配置され、参照光学系３００とＳＭＦＣ１０３との間には偏波コントローラ１２０が配置されている。

偏波コントローラ１２０は、参照光学系３００からＳＭＦＣ１０３に導かれる参照光の偏光を制御する素子である。偏波コントローラ１２０としては、インライン型やパドル型など、公知の形式のものを用いることができ、特に限定されるものではない。

演算処理部１３０は、バランスドディテクタ１１０から出力される測定干渉信号に基づいてサンプル２０の断層画像を演算処理により求めるものであり、ここで求められた断層画像はモニターに表示される。また、この演算処理部１３０では、後述する本発明の主たる特徴である層境界検出手段、断層画像補正手段、第１および第２混濁度合検出手段が実行される。

図２は、スキャニング−アライメント光学系２００の構成を示している。スキャニング−アライメント光学系は、スキャニング光学系、前眼部撮影系、固視標光学系、アライメント光学系を備える。

スキャニング光学系では、ＳＭＦＣ１０２から出力された測定光が、測定側サーキュレータ１０４に入力され、さらに測定側サーキュレータ１０４からコリメータレンズ２０１を通ってガルバノスキャナ２０２に入力される。ガルバノスキャナ２０２は、測定光を走査させるためのもので、図示しないガルバノドライバにより駆動されるようになっている。

ガルバノスキャナ２０２から出力された測定光は、ホットミラー２０３により９０°の角度で反射され、対物レンズ２０４を通って被検眼Ｅに入射される。被検眼Ｅに入射された測定光は、前眼部Ｅｃの各組織部分（角膜、前房、虹彩、水晶体等）にて反射し、その
反射光が上記と逆に対物レンズ２０４、ホットミラー２０３、ガルバノスキャナ２０２、コリメータレンズ２０１を順に通り、測定側サーキュレータ１０４を介してＳＭＦＣ１０３に入力される。

そして、ＳＭＦＣ１０３において前眼部Ｅｃからの反射光と参照光とが合波され、その信号がバランスドディテクタ１１０に入力される。バランスドディテクタ１１０においては、波長毎の干渉が計測され、計測された測定干渉信号が演算処理部１３０に入力される。そして、演算処理部１３０において、測定干渉信号に対する逆フーリエ変換などの処理が行われ、これにより走査線に沿う前眼部Ｅｃの断層画像が取得され、モニター２２０に表示されることとなる。

前眼部撮影系は、照明光源２０５、２０５、対物レンズ２０４、ホットミラー２０３、コールドミラー２０６、結像レンズ２０７、ＣＣＤカメラ２０８、光学制御部２０９を備えて構成される。照明光源２０５、２０５は、被検眼Ｅの正面に可視光領域の照明光を照射するようになっており、被検眼Ｅからの反射光が対物レンズ２０４、ホットミラー２０３、コールドミラー２０６、結像レンズ２０７を通って、ＣＣＤカメラ２０８に入力される。これにより、被検眼Ｅの正面画像が撮影され、撮影された画像データは、光学制御部２０９によって画像処理が行われて、モニター２２０に表示されるようになる。

固視標光学系は、被検者が固視灯を見つめることにより眼球（被検眼Ｅ）を極力動かさないようにさせるためのものであり、固視標光源２１０、可変焦点用可動式レンズ２１１、コールドミラー２１２、コールドミラー２１３、リレーレンズ２１４、ハーフミラー２１５、コールドミラー２０６、ホットミラー２０３、対物レンズ２０４から構成されている。これにより、固視標光源２１０から出力された光は、可変焦点用可動式レンズ２１１、コールドミラー２１２、コールドミラー２１３、リレーレンズ２１４、ハーフミラー２１５、コールドミラー２０６、ホットミラー２０３、対物レンズ２０４を順に介して、被検眼Ｅに向けて出力されるようになっている。ここで、可変焦点用可動式レンズ２１１は、固視標のピントを自在に可変できるように移動可能に構成されている。すなわち、可変焦点用可動式レンズ２１１を任意の位置に移動させることにより、例えば、被検眼の屈折力値の位置に固視標のピントが来るように可変焦点用可動式レンズ２１１を移動させて、被検者が自然視できるようにした状態（水晶体に負荷がかかっていない状態）にして計測できるようにすることが可能となる。また、水晶体のピント調節機能の研究などで使用する場合には、自然視の状態と自然視よりも固視標のピントが近くに見えるように可変焦点用可動式レンズ２１１を移動させて調節負荷をかけた状態とを撮影して水晶体の形状比較を行ったり、可変焦点用可動式レンズ２１１を徐々に移動させて水晶体の形状が変化する様子を動画で撮影したりすることも可能となる。

アライメント光学系は、被検眼Ｅ（角膜頂点）のＸＹ方向の位置（本体に対する上下左右のずれ）を検出するためのＸＹ方向位置検出系、被検眼Ｅ（角膜頂点）の前後方向（Ｚ方向）の位置を検出するためのＺ方向位置検出系から構成される。

ＸＹ方向位置検出系は、ＸＹ位置検出光源２１６、コールドミラー２１３、リレーレンズ２１４、ハーフミラー２１５、コールドミラー２０６、ホットミラー２０３、対物レンズ２０４、結像レンズ２１７、二次元位置センサ２１８を備えて構成されている。ＸＹ位置検出光源２１６からは、位置検出用のアライメント光が出力され、コールドミラー２１３、リレーレンズ２１４、ハーフミラー２１５、コールドミラー２０６、ホットミラー２０３、対物レンズ２０４を介して、被検眼Ｅの前眼部Ｅｃ（角膜）に向けて出射される。

このとき、被検眼Ｅの角膜表面が球面上をなすことにより、アライメント光は、被検眼Ｅの角膜頂点の内側で輝点像を形成するようにして角膜表面で反射され、その反射光が対
物レンズ２０４から入射されるようになっている。角膜頂点からの反射光（輝点）は、対物レンズ２０４、ホットミラー２０３、コールドミラー２０６、ハーフミラー２１５、結像レンズ２１７を介して二次元位置センサ２１８に入力される。二次元位置センサ２１８によってその輝点の位置が検出されることにより、角膜頂点の位置（Ｘ方向およびＹ方向の位置）が検出されるようになっている。

二次元位置センサ２１８の検出信号は、光学制御部２０９に入力される。この場合、二次元位置センサ２１８と前眼部撮影系との間でのアライメントがとられていると共に、角膜頂点の所定（正規）の画像取得位置（断層画像取得時に追従させるべき位置）が設定されている。角膜頂点の正規の画像取得位置としては、例えばＣＣＤカメラの撮影画像の中心位置と一致する点とされている。そして、二次元位置センサ３８の検出に基づいて、正規の位置に対する検出された角膜頂点（輝点）のＸ方向およびＹ方向の位置ずれ量を求めるようになっている。

Ｚ方向位置検出系は、Ｚ位置検出光源２１９、結像レンズ２２０、ラインセンサ２２１を備えて構成されている。Ｚ位置検出光源２１９は、被検眼Ｅに対して斜め方向から検出用の光（スリット光またはスポット光）を照射し、角膜からの斜め方向の反射光が結像レンズ２２０を介してラインセンサ２２１に入射されるようになっている。このとき、被検眼Ｅの前後方向（Ｚ方向）の位置によって、ラインセンサ２２１に入射される反射光の入射位置が異なるようになるので、被検眼ＥのＺ方向位置が検出されるのである。

ここで、図示しないが、前眼部光干渉断層撮影装置１の装置本体は、保持台に対してＸ方向（左右方向）およびＹ方向（上下方向）ならびにＺ方向（前後方向）に移動可能に支持されており、ＣＰＵ、メモリ等からなるマイクロコンピュータを含む制御装置によって前記装置本体が前記保持台に対してＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向にそれぞれ自在に移動するようになっている。また、装置本体の前面側（被検者側）には、被検者が顎を載せる顎受け部と、額を当てる額当て部が固定的に設けられており、被検者の眼（被検眼Ｅ)が装置本体の前面に設けられた検査窓の正面に配置されるようになっている。そして、ＸＹ方向位置検出系により検出された角膜頂点（輝点）のＸ方向およびＹ方向の位置ずれ量並びにＺ方向位置検出系により検出された被検眼Ｅの位置ずれ量に基づいて、それらの位置ずれ量をすべて０とするように前記装置本体が前記保持台に対して移動されるのである。

ｋ−ｃｌｏｃｋ生成用干渉光学系４００は、等間隔周波数（光の周波数に対して均等な周波数間隔）にて測定干渉信号のサンプリングを行うために、ＳＭＦＣ１０１から分岐された入力光からサンプルクロック（ｋ−ｃｌｏｃｋ）を光学的に生成するものである。そして、生成されたｋ−ｃｌｏｃｋ信号は、演算処理部１３０に向けて出力される。これにより、測定干渉信号の歪みが抑えられ、分解能が悪化することが防止される。

次に、本発明の主たる特徴である層境界検出手段、断層画像補正手段、混濁度合検出手段について説明する。なお、これらの手段は、いずれも上述した演算処理部１３０において実行されるものである。

層境界検出手段は、撮影された被検眼の断層画像において水晶体の層境界を特定するものである。図３には健常眼の水晶体Ｌの断層画像が示されている。断層画像は、複数本のＡスキャンから構成されていることから、水晶体の層境界の特定はこの断層画像を構成する各Ａスキャンの輝度情報を取得することで行われる。図３に示すように、健常眼の断層画像では、水晶体前面Ｌ１および水晶体後面Ｌ２はライン状に写っており、水晶体Ｌの略中央に位置する水晶体核Ｌ３は低輝度領域として黒く写っている。そして、水晶体前面Ｌ１および水晶体後面Ｌ２と水晶体核Ｌ３の間にある水晶体皮質Ｌ４、Ｌ５は高輝度領域として白く写っている。すなわち、層境界検出手段は、このような断層画像から各Ａ−スキ
ャンにおける輝度情報を求め、この輝度情報を基にして水晶体の各層の層境界を特定するものである。

図４には、健常眼の水晶体Ｌの断層画像と、断層画像を構成する１本のＡ−スキャンにおける輝度値ｆ（ｚ）の分布（波形グラフＡ）および輝度勾配（Δｆ（ｚ）／Δｚ）の分布（波形グラフＢ）との関係を表した模式図が示されている。なお、本実施例において、ピークとは、画像の輝度情報における山なりの頂点の位置をいい、エッジとは、画像の輝度情報をエッジフィルターで処理した情報であって輝度値の変化を特定するものをいう。まず、層境界検出手段は、断層画像から、Ａスキャンにおける輝度値ｆ（ｚ）を検出し、図４に示すような波形グラフＡを得る。ここで、波形グラフＡと断層画像とを照らし合わせると、断層画像にて高輝度領域として白く写っている部分において大きい輝度値ｆ（ｚ）が検出されている。さらに、波形グラフＡのピークａ１は、水晶体前面Ｌ１の位置と対応し、ピークａ２は、水晶体後面Ｌ２の位置と対応していることがわかる。すなわち、層境界検出手段は、ピークａ１、ａ２の位置から、水晶体Ｌの前後面Ｌ１、Ｌ２の位置をそれぞれ特定するのである。

次いで、輝度値ｆ（ｚ）から輝度勾配（Δｆ（ｚ）／Δｚ）を算出し、波形グラフＢを得る。そして、この波形グラフＢから、所定の閾値より大きい４つのエッジｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４を検出する。ここで、これら４つのエッジと断層画像とを照らし合わせると、まず、立ち上がりエッジであるエッジｂ１と立ち下がりエッジであるエッジｂ２との間に水晶体皮質Ｌ４が位置している。これにより、層境界検出手段は、立ち下がりエッジｂ２と対応する位置を水晶体核Ｌ３の前面として特定する。同様に、立ち上がりエッジであるエッジｂ３と立ち下がりエッジであるエッジｂ４との間には、水晶体皮質Ｌ５が位置していることから、立ち上がりエッジｂ３と対応する位置を水晶体核Ｌ３の後面として特定する。このようにして、水晶体核Ｌ３の前後面の境界が層境界検出手段によって特定されるのである。

そして、上記のようにして各Ａスキャンから得られたピークおよびエッジの情報に基づいて、断層画像に水晶体前面Ｌ１および水晶体後面Ｌ２、並びに水晶体核Ｌ３と水晶体皮質Ｌ４、Ｌ５との境界面がトレースされる。

断層画像補正手段は、上記のようにして特定された水晶体の層境界情報および各層の屈折率に基づいて断層画像の歪みを補正するものである。上述のように、測定光は、角膜表面のみならず、水晶体の各層の境界においても屈折する。断層画像補正手段は、この屈折に対する断層画像の補正を行うものである。すなわち、断層画像における水晶体の各層の屈折率に基づいて光線追跡を行うことにより、水晶体の層境界での屈折による歪みを補正するのである。本実施例では、屈折率は、被検者の年齢や被検眼の水晶体の混濁度合によって異なるため、検者がその都度設定するようになっている。そして、設定された屈折率に基づいて、スネルの法則を用いて光線の軌跡が計算され、角度の歪みや光学距離の補正が行われ、画像の歪みが補正されるのである。図７には、補正の前後における断層画像が示されており、図７（ａ）は補正前の断層画像、図７（ｂ）は補正後の断層画像である。両者を対比すると、補正前の断層画像では、水晶体が深さ方向に伸びて歪んだ状態となっているが、補正後の断層画像では、その歪みが解消されていることがわかる。

混濁度合検出手段は、水晶体がどの程度混濁しているかを判定するものであり、第１混濁度合検出手段と第２混濁度合検出手段とからなる。

第１混濁度合検出手段は、層境界検出手段によって検出されたエッジの数に基づいて、水晶体の混濁度合を判定するものである。図５には、核白内障眼の水晶体Ｌの断層画像が示されており、図６には、断層画像と水晶体Ｌの１本のＡ−スキャンにおける輝度ｆ（ｚ）の分布（波形グラフＡ’）および輝度勾配（Δｆ（ｚ）／Δｚ）の分布（波形グラフＢ’）との関係を表した模式図が示されている。図５をみると、健常眼では低輝度領域として黒く写っていた水晶体核Ｌ３が、核白内障眼では高輝度領域として白く写っている。このため、図６に示すように、核白内障眼の断層画像におけるＡスキャンにて検出される波形グラフＡ’は、水晶体核Ｌ３の部分において輝度値が大きくなる。その結果、波形グラフＢ’において、健常眼では検出されなかった立ち上がりエッジｂ５と立ち下がりエッジｂ６とが検出される。このように、核白内障眼では健常眼よりも多くエッジが検出されるので、エッジの数に応じて被検眼が白内障眼であるか否かおよび白内障がどの程度進行しているかを判定することが可能となるのである。なお、本実施例では核白内障の場合について説明しているが、皮質白内障の場合には、それぞれの部位と対応する位置にエッジが検出されることとなる。

第２混濁度合検出手段は、輝度値から水晶体の混濁度合を検出するものである。すなわち、層境界検出手段によって特定した層内における輝度値の総和値や平均値が所定の閾値より大きいか小さいか、あるいは輝度値の総和値や平均値と所定の閾値との差の大きさにより白内障の進行度の判定を行う。例えば、図６に示すような核白内障眼Ｌの場合には、エッジｂ２とｂ３から断層画像における水晶体核Ｌ３の境界が特定される。そして、特定された水晶体核Ｌ３の領域内における輝度値の総和値あるいは平均値を算出して、所定の閾値と比較して混濁度合を求める。こうすることで、白内障の進行度を定量的に評価することが可能となるだけでなく、どの層で白内障が進行しているかを判定することが可能となる。また、被検眼によっては水晶体の混濁度合が強すぎて、エッジを検出することが困難な場合がある。このような場合には、第２混濁度合検出手段を用いて、特定した層内の輝度値の総和値や平均値から混濁度合を判断することが可能である。なお、本実施例では核白内障の場合について説明しているが、前嚢下白内障と後嚢下白内障の場合には、特定した前嚢や後嚢の層内に白いライン（高輝度のライン）が検出されることとなる。

次に、上記の前眼部光干渉断層撮影装置１により断層画像を取得する方法について説明する。図８には、光干渉断層撮影装置１を用いて撮影された被検眼Ｅの断層画像から、屈折補正された画像を得るまでのフローが示されている。まず、最初に、上記の光干渉断層撮影装置１によって角膜から水晶体後面までの断層画像を得る。そして、得られた断層画像から、層境界検出手段によって断層画像の深さ方向（Ａ−スキャン）における輝度値ｆ（ｚ）の分布および輝度勾配（Δｆ（ｚ）／Δｚ）の分布が算出され、これらから得られるピークおよびエッジの位置から水晶体各層の境界を特定して断層画像に各組織の境界面がトレースされる。次いで、断層画像補正手段によって、検者が設定した屈折率に基づいて測定光の軌跡が計算されて画像の歪みが補正され、正確な断層画像が得られるのである。そして、最終的には図９に示すような、水晶体の層境界がトレースされ、かつ画像の歪み補正がされた正確な断層画像を得ることができるのである。さらに、混濁度合検出手段によって、水晶体核の混濁状態が判定され、白内障眼か否かあるいは白内障の進行度が判定される。

上記の前眼部光干渉断層撮影装置および前眼部光干渉断層撮影方法によれば、水晶体の各層（水晶体皮質、水晶体核）の層境界を断層画像の輝度情報から容易に特定することができる。また、測定光の屈折による断層画像における水晶体部分の歪みを補正することができるので、正確な断層画像を取得することができる。さらに、断層画像より得られたエッジの数および／または輝度値より、水晶体核の混濁度合を容易に判定することができる。

なお、上記実施例では、ＯＣＴシステム１００として、ＳＳ−ＯＣＴにより断層画像を取得するものとしたが、これに替えてＴＤ−ＯＣＴあるいはＳＤ−ＯＣＴを採用することもできる。また、ＯＣＴシステムにおいては、光ファイバを用いているが、これを用いな
い構成とすることもできる。

また、上記実施例では、断層画像補正手段において、検者が屈折率をその都度設定するものとしているが、これに限定されるものではなく、例えば、屈折率の数値を事前に演算処理部１３０に記憶させておいてその数値を呼び出すようにしてもよいし、登録された被検者の年齢や混濁度合に応じて記憶された数値を呼び出すようにしてもよい。

また、上記実施例では、第１混濁度合検出手段と第２混濁度合検出手段並びに第１混濁度合検出行程と第２混濁度合検出行程の両方を備えているが、これらのいずれか一方のみを採用する構成としてもよい。その他、本発明は要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施しうるものである。

１ 前眼部光干渉断層撮影装置
１００ ＯＣＴシステム
２００ スキャニング−アライメント光学系
Ａ、Ａ’ 輝度分布
Ｂ、Ｂ’ 輝度勾配分布
ａ１、ａ２ ピーク
ｂ１〜ｂ６ エッジ
Ｌ 水晶体
Ｌ１ 水晶体前面
Ｌ２ 水晶体後面
Ｌ３ 水晶体核
Ｌ４、Ｌ５ 水晶体皮質

Claims (10)

1. 光干渉を用いて被検眼の水晶体を含む前眼部の断層画像を取得する前眼部光干渉断層撮影装置であって、
   前記断層画像における角膜から眼底へと向かう深さ方向の輝度値より輝度勾配を算出して所定の閾値より大きいエッジを検出し、前記エッジの位置から前記水晶体の層境界を特定する層境界検出手段を備えることを特徴とする前眼部光干渉断層撮影装置。
2. 前記層境界検出手段は、前記輝度勾配において前記水晶体の前面側の領域内にある立ち下がりエッジの位置を前記水晶体核の前面位置として特定するとともに、前記輝度勾配において前記水晶体の後面側の領域内にある立ち上がりエッジの位置を前記水晶体核の後面位置として特定することを特徴とする請求項１記載の前眼部光干渉断層撮影装置。
3. 前記断層画像における前記水晶体の各層の屈折率情報に基づいて光線追跡を行うことにより、前記水晶体の前記層境界での屈折による歪みを補正する断層画像補正手段を有することを特徴とする請求項１または２記載の前眼部光干渉断層撮影装置。
4. 前記層境界検出手段により検出された前記エッジの数に基づいて、前記水晶体の混濁度合を判定する第１混濁度合検出手段を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の前眼部光干渉断層撮影装置。
5. 前記断層画像において特定した層内の前記輝度値の総和値および／または平均値が所定の閾値より大きいか否かを判断することにより、前記水晶体の混濁度合を判定する第２混濁度合検出手段を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の前眼部光干渉断層撮影装置。
6. 光干渉を用いて被検眼の水晶体を含む前眼部の断層画像を取得する前眼部光干渉断層撮影方法であって、
   前記断層画像における角膜から眼底へと向かう深さ方向の輝度値より輝度勾配を算出して所定の閾値より大きいエッジを検出し、前記エッジの位置を前記水晶体の層境界として特定する層境界検出工程を含むことを特徴とする前眼部光干渉断層撮影方法。
7. 前記層境界検出工程は、前記輝度勾配において前記水晶体の前面側の領域内にある立ち下がりエッジの位置を前記水晶体核の前面位置として特定するとともに、前記輝度勾配において前記水晶体の後面側の領域内にある立ち上がりエッジの位置を前記水晶体核の後面位置として特定することを特徴とする請求項６記載の前眼部光干渉断層撮影方法。
8. 前記断層画像における前記水晶体の各層の屈折率情報に基づいて光線追跡を行うことにより、前記水晶体の層境界での屈折による歪みを補正する断層画像補正工程を含むことを特徴とする請求項６または７記載の前眼部光干渉断層撮影方法。
9. 前記層境界検出工程において検出された前記エッジの数に基づいて、前記水晶体の混濁度合を判定する第1混濁度合検出工程を含むことを特徴とする請求項６から８のいずれか一項に記載の前眼部光干渉断層撮影方法。
10. 前記断層画像において特定した層内の前記輝度値の総和値および／または平均値が所定の閾値より大きいか否かを判断することにより、前記水晶体の混濁度合を判定する第２混濁度合検出工程を含むことを特徴とする請求項６から９のいずれか一項に記載の前眼部光干渉断層撮影方法。