JP6646021B2 - 眼科画像処理装置 - Google Patents
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- Eye Examination Apparatus (AREA)
Description
[構成]
図1に示すように、血流計測装置1は、眼底カメラユニット2、OCTユニット100及び演算制御ユニット200を含む。眼底カメラユニット2は、眼底を撮影して正面画像を取得するための光学系を備える。この光学系は、従来の眼底カメラのそれとほぼ同様である。OCTユニット100は、眼底のOCTを行ってデータを取得するための光学系を備える。演算制御ユニット200は、各種の演算や制御を実行するコンピュータを備える。
図1に示す眼底カメラユニット2には、被検眼Eの眼底Efの表面形態を表す2次元画像(眼底像)を取得するための光学系が設けられている。眼底像としては観察画像や撮影画像がある。観察画像は、例えば、近赤外光を用いて所定のフレームレートで形成されるモノクロの動画像である。撮影画像は、例えば、可視光をフラッシュ発光して得られるカラー画像、又は、近赤外光若しくは可視光を照明光として用いたモノクロの静止画像である。眼底カメラユニット2は、これら以外の画像、例えばフルオレセイン蛍光画像やインドシアニングリーン蛍光画像や自発蛍光画像などを取得可能であってよい。
図2を参照しつつOCTユニット100の構成例を説明する。OCTユニット100に設けられた光学系は、従来のスペクトラルドメインタイプのOCT装置と同様に、低コヒーレンス光を参照光と測定光に分割し、被検眼Eからの測定光の戻り光と参照光路を経由した参照光とを干渉させて干渉光を生成し、この干渉光のスペクトル成分を検出するよう構成されている。この検出結果(検出信号)は演算制御ユニット200に送られる。
演算制御ユニット200は、CCDイメージセンサ115から入力される検出信号を解析してOCT画像を形成する。そのための演算処理は、従来のスペクトラルドメインOCTと同様である。
血流計測装置1の制御系の構成例を図3及び図4に示す。
制御部210は、例えば、プロセッサ、RAM、ROM、ハードディスクドライブ、通信インターフェイス等を含む。制御部210には、主制御部211と記憶部212が設けられている。記憶部212は、各種のデータやコンピュータプログラムを記憶する。
画像形成部220は、CCDイメージセンサ115からの検出信号に基づいて、眼底Efの断層像の画像データと位相画像の画像データとを形成する。画像形成部220はプロセッサを含む。なお、この明細書では、「画像データ」と、それに基づく「画像」とを同一視することがある。画像形成部220は、断層像形成部221と位相画像形成部222を有する。
断層像形成部221は、眼底EfをOCTスキャンして得られたデータに基づいて断層像を形成する。断層像形成部221は、予備計測において取得されたデータに基づいて断層像を形成することができる。また、断層像形成部221は、血流計測(第1走査及び/又は第2走査)により取得されたデータに基づいて断層像を形成することができる。例えば、断層像形成部221は、断面C11及びC12に対する第1走査により得られた干渉光LCの検出結果に基づいて、断面C11の形態を表す断層像と、断面C12の形態を表す断層像とを形成する。このとき、断面C11を1回走査して1枚の断層像を形成し、かつ、断面C12を1回走査して1枚の断層像を形成することができる。或いは、断面C11を複数回走査して得られた複数の断層像に基づき1枚の断層像を取得し、かつ、断面C12を複数回走査して得られた複数の断層像に基づき1枚の断層像を取得することができる。複数の断層像から1枚の断層像を取得する処理の例として、複数の断層像を平均して画質向上を図る処理や、複数の断層像から最適な1枚を選択する処理がある。
位相画像形成部222は、眼底Efの所定部位を繰り返しOCTスキャンして得られたデータに基づいて位相画像を形成する。位相画像形成部222は、予備計測において取得されたデータに基づいて、スキャンされた断面における位相差の時系列変化を表す位相画像を形成する。予備計測では、眼底Efの複数の断面が繰り返し走査される。位相画像形成部222は、予備計測により取得されたデータに基づいて、これら断面のそれぞれにおける位相画像を形成する。
データ処理部230は、各種のデータ処理を実行するプロセッサを含む。例えば、データ処理部230は、画像形成部220により形成された画像に対して画像処理や解析処理を施す。その具体例として、輝度補正や分散補正等の各種補正処理がある。また、データ処理部230は、眼底カメラユニット2により得られた画像(眼底像、前眼部像等)に対して画像処理や解析処理を施す。データ処理部230は、予備計測処理部231と、血流計測処理部232とを含む。
予備計測処理部231は、血流計測が行われる部位を設定するための予備計測にて取得されたデータの処理を実行する。本例では、予備計測処理部231は、予備計測によりデータから形成された位相画像に基づいて、血流計測の対象となる注目部位を設定するための情報(計測部位情報)を生成する。予備計測処理部231は、プロファイル生成部2311と、動脈領域特定部2312と、情報生成部2313とを含む。
プロファイル生成部2311は、予備計測に基づき形成された位相画像の各フレームをz方向に積算(積分)する。つまり、プロファイル生成部2311は、位相画像のフレームの画素の値をAライン方向(軸線方向)に積算する。それにより、予備計測が実行された各断面について、時系列に配列された複数の積算値プロファイル(経時的積算値プロファイル)が得られる。なお、画素値の積算は、Aラインに沿って配列された複数の画素の値(反射強度を表す輝度値)を加算する処理を含み、得られた積算値を加工する演算を含んでよい。この加工演算の例として、スケールの変換(階調範囲の変換)がある。
積算値プロファイルPの一部分Paは、血管領域Faに相当する。血管領域Faが静脈に相当する場合には、血管領域Faの輝度値の経時的変化は小さいが、血管領域Faが動脈に相当する場合には、血管領域Faの輝度値が経時的に大きく変化する。したがって、経時的積算値プロファイルを解析することにより、その断面を通過する血管が動脈であるか静脈であるか判別することができる。このような事実を利用し、動脈領域特定部2312は、動脈に相当する画像領域(動脈領域)を特定する。動脈領域特定部2312が実行する処理の例を以下に説明する。
情報生成部2313は、動脈領域特定部2312により特定された動脈領域に基づいて、血流計測の対象部位を設定するための計測部位情報を生成する。計測部位情報の形態は任意である。
血流計測処理部232は、予備計測に基づいて設定された部位の血流計測にて取得されたデータの処理を実行する。本例において、血流計測処理部232は、第1走査により取得されたデータに基づいて、注目断面における注目血管の傾きを求める。更に、血流計測処理部232は、第1走査に基づき求められた注目血管の傾きと、第2走査により取得されたデータとに基づいて、注目血管に関する血流情報を求める。血流情報は、例えば、血流速度や血流量を含む。血流計測処理部232は、血管領域特定部2321と、傾き算出部2322と、血流速度算出部2323と、血管径算出部2324と、血流量算出部2325とを含む。
血管領域特定部2321は、断層像形成部221により形成された断層像において、注目血管に対応する血管領域を特定する。更に、血管領域特定部2321は、位相画像形成部222により形成された位相画像において、注目血管に対応する血管領域を特定する。血管領域の特定は、各画像の画素値を解析することにより行われる(例えば閾値処理)。
傾き算出部2322は、第1走査により取得されたデータに基づいて注目断面C2における注目血管Dbの傾きを算出する。このとき、第2走査により得られたデータを更に用いることも可能である。傾き算出部2322は、断面間距離と血管領域の特定結果とに基づいて、注目断面C2における注目血管Dbの傾きを算出する。断面間距離は、断面C11と断面C12との間の距離を含んでよい。また、断面間距離は、断面C11と注目断面C2との間の距離と、断面C12と注目断面C2との間の距離とを含んでよい。
血流速度算出部2323は、位相画像として得られる位相差の時系列変化に基づいて、注目血管Db内を流れる血液の注目断面C2における血流速度を算出する。この算出対象は、或る時点における血流速度でもよいし、この血流速度の時系列変化(血流速度変化情報)でもよい。前者の場合、例えば心電図の所定の時相(例えばR波の時相)における血流速度を選択的に取得することが可能である。また、後者における時間の範囲は、注目断面C2を走査した時間の全体又は任意の一部である。
Δfは、測定光LSの散乱光が受けるドップラーシフトを表す;
nは、媒質(血液)の屈折率を表す;
vは、媒質の流速(血流速度)を表す;
θは、測定光LSの入射方向と媒質の流れの方向(傾きU)とが成す角度を表す;
λは、測定光LSの中心波長を表す。
血管径算出部2324は、眼底像又はOCT画像を解析することにより、注目断面C2における注目血管Dbの径を算出する。眼底像が用いられる場合、注目断面C2の位置を含む眼底Efの部位の撮影が行われ、それにより得られた眼底像(例えば、カラー眼底像、レッドフリー画像等)に基づいて、注目断面C2における注目血管Dbの径、つまり血管領域V2の径を算出する。OCT画像が用いられる場合、このOCT画像は、例えば、第2走査に基づき形成された断層像、又は、予備計測に基づき形成された画像である。このような血管径の算出は、従来と同様にして実行される。
血流量算出部2325は、血流速度の算出結果と血管径の算出結果とに基づいて、注目血管Db内を流れる血液の流量を算出する。この処理の一例を以下に説明する。
ユーザインターフェイス240には、表示部241と操作部242とが含まれる。表示部241は、演算制御ユニット200の表示デバイスや表示装置3を含む。操作部242は、演算制御ユニット200の操作デバイスを含む。ユーザインターフェイス240は、例えばタッチパネルのように、表示機能と操作機能とを備えるデバイスを含んでよい。
血流計測装置1の動作について説明する。図8は、血流計測装置1が実行する動作の流れの一例を表す。なお、患者IDの入力やアライメントやフォーカシングなどの準備動作は、既に行われたものとする。
まず、ユーザ又は血流計測装置1が、予備計測のスキャン範囲を設定する。スキャン範囲の設定においては、例えば、リアルタイムで取得される眼底Efの赤外観察像、或いは、過去に取得された眼底Efのデータ(眼底像、OCT画像、SLO画像、位相画像等)が参照される。
プロファイル生成部2311は、ステップS1で形成された各位相画像の各フレームの画素値をAライン方向に積算することにより、予備計測が実行された各断面について経時的積算値プロファイルを生成する。
動脈領域特定部2312は、ステップS2で生成された経時的積算値プロファイルを解析することにより動脈領域を特定する。なお、動脈領域が一つも得られない場合には、ステップS1のスキャン範囲の設定に戻ることができる。ここで、動脈領域が得られるように、十分な広さのスキャン範囲を初めから設定することができる。また、スキャン範囲を視神経乳頭の近傍に設定することで、動脈領域が得られる可能性を高めることができる。
情報生成部2313は、ステップS3で特定された動脈領域に基づいて、血流計測の対象部位を設定するための計測部位情報を生成する。
制御部210は、ステップS4で生成された計測部位情報に基づいて、血流計測の対象部位を設定するための情報(設定支援情報)を表示部241に表示させる。設定支援情報は、動脈と静脈との識別を可能とする情報を含んでよい。特に、設定支援情報は、動脈の位置を提示する情報を含んでよい。
ユーザは、ステップS5で表示された情報を参照し、血流計測の対象となる断面(注目断面C2)を設定する。例えば、ユーザは、眼底Efの正面画像とともに表示された設定支援情報を参照することにより、この正面画像内の所望の動脈領域(注目血管Db)を指定する。
血流計測装置1は、ステップS6で設定された断面C11及びC12のOCTスキャンを実行する(第1走査)。断層像形成部221は、第1走査により取得されたデータに基づいて、断面C11及びC12に対応する断層像G11及びG12を形成する。データ処理部230(血管領域特定部2321及び傾き算出部2322)は、注目断面C2における注目血管Dbの傾きUを算出する。なお、第2走査により取得されたデータを加味して傾きUを算出する場合、傾きUの算出は、第2走査より後に実行される。
血流計測装置1は、ステップS6で設定された注目断面C2の反復的なOCTスキャンを実行する(第2走査)。位相画像形成部222は、第2走査により取得されたデータに基づいて、注目断面C2の位相画像を形成する。また、断層像形成部221は、当該データに基づいて注目断面C2の断層像を形成する。データ処理部230(血管領域特定部2321、血管径算出部2324等)は、注目断面C2における注目血管Dbの径を求める。
血流速度算出部2323は、ステップS7の第1走査に基づき算出された傾きUと、ステップS8の第2走査により取得された位相画像とに基づいて、注目断面C2における血流速度を算出する。更に、血流量算出部2325は、この血流速度の算出結果と、ステップS8で得られた血管径の算出結果とに基づいて、注目血管Db内を流れる血液の流量を算出する。
実施形態に係る血流計測装置の作用及び効果について説明する。
第1実施形態では、経時的積算値プロファイルを生成するために、位相画像のフレームを構成する全ての画素の値を積算している。それに対し、第2実施形態では、位相画像のフレームにおける一部の画素のみを積算する場合について説明する。
2以上の血管がz方向に並んで位置する場合、OCTでは、網膜表面に最も近い血管のデータのみが好適に取得され、それ以外の血管に関するデータは十分に取得されないことが多い。このような部位を通過するAスキャン像の画素値を積算すると、得られる積算値の確度が低い可能性がある。本実施形態では、このような不適当な部分を除外して積算値プロファイルを生成する構成を説明する。
以上に説明した構成は、この発明の実施態様の例に過ぎない。よって、この発明の要旨の範囲内における任意の変形(省略、置換、付加等)を施すことが可能である。
100 OCTユニット
222 位相画像形成部
231 予備計測処理部
Claims (1)
- 光コヒーレンストモグラフィ(OCT)光学系を用いて被検眼から取得された画像を処理するデータ処理部を含む眼科画像処理装置であって、
前記データ処理部は、前記被検眼の血管に対応する画像領域を含む画像における輝度値の経時的変化の程度に基づいて、前記血管が動脈であるか静脈であるかを示す情報を生成し、
前記画像は、前記被検眼の断面を繰り返し走査して取得されたデータに基づき形成された位相画像を含み、
前記データ処理部は、前記位相画像の各フレームにおける少なくとも一部の画素の値を積算することにより前記断面における経時的積算値プロファイルを生成し、前記経時的積算値プロファイルから得られる積算値の経時的なばらつきに基づいて前記情報を生成する
ことを特徴とする眼科画像処理装置。
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