JP2005211173A - 眼科装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 ドライアイの進行状態を精度よく、的確に定量化できる眼科装置を提供すること。
【解決手段】 被検眼を照明する照明光学系と、該照明光により被検眼の涙液層で形成される干渉模様をカラー撮像する撮像手段と、該撮像されたカラー画像を複数の色成分に分解し、分解された色成分毎の信号に基づいて各色成分に出現する干渉縞を判定し、各色成分で判定された干渉縞の数又は判定された干渉縞の信号レベル変化に基づいてドライアイの進行状態を示す値を演算する解析手段と、を備える。
【選択図】 図3


Description

本発明は、被検眼の涙液層の状態を検査する眼科装置に関する。
従来、ドライアイの診断においては、被検眼の涙液層の状態を検者が観察し、検者個々の主観的な判断であったので、その正確性は検者の経験に依存していた。このため、ドライアイの診断を定量的に評価するための眼科装置が、例えば、下記特許文献1にて提案されている。この装置は、被検眼に照明光を投光し、被検眼の涙液層による反射光を受光し、受光した反射光の強度の最大値を求めることにより、ドライアイの進行度を示すグレード値を求める。
特開2000−287930号公報
しかしながら、被検眼の涙液層からの反射光は涙液層の状態によってさまざまな色相を持つ複雑な干渉像として形成されため、上記のように色を考慮せずに、単純に反射光の強度の最大値を基準とするだけでは、ドライアイの診断を精度よく的確に測定できるとはいえない。
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、ドライアイの進行状態を精度よく、的確に定量化できる眼科装置を提供することを技術課題とする。
(1) 被検眼を照明する照明光学系と、該照明光により被検眼の涙液層で形成される干渉模様をカラー撮像する撮像手段と、該撮像されたカラー画像を複数の色成分に分解し、分解された色成分毎の信号に基づいて各色成分に出現する干渉縞を判定し、各色成分で判定された干渉縞の数又は判定された干渉縞の信号レベル変化に基づいてドライアイの進行状態を示す値を演算する解析手段と、を備えることを特徴とする。
(2) (1)の解析手段は、予め設定された所定領域内における水平方向又は垂直方向の少なくとも一方の走査ラインでの信号変化に基づいて、その走査ラインで出現する干渉縞を判定することを特徴とする。
(3) (2)の解析手段は、前記走査ラインで判定された干渉縞の信号レベル変化の加算値を基にドライアイの進行状態を示す値を演算することを特徴とする。
(4) (1)の眼科装置において、前記解析手段はドライアイの進行状態を示す値を演算する際に、分解した各色についての重み付けが異なることを特徴とする。
(5) (1)の眼科装置において、被検眼が瞬き後に開瞼したことを検知する検知手段を持ち、前記検知手段による開瞼の検知から所定のサンプリング間隔で前記撮像手段により撮像される干渉像を前記解析手段により解析し、その解析結果の経時変化を表示する構成としたことを特徴とする。
(6) (2)の眼科装置は、干渉縞を判定する際に前記所定領域を任意に設定可能な領域設定手段を備えることを特徴とする眼科装置。
本発明によれば、ドライアイの進行状態を、精度良く、的確に定量化できる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1は本発明に係る眼科装置の光学系と制御系の概略構成図である。
5は被検眼前眼部を撮像する撮像光学系であり、その光軸上には被検眼Eから1/4波長板4、対物レンズ6、偏光ビームスプリッタ7、結像レンズ8、カラーCCDカメラ10が配置されている。このCCDカメラ10は、涙液層表層の油層の表面と裏面の反射光の干渉による反射光を受光し、カラーの干渉模様を撮像する。
11は照明光学系で、ハロゲンランプ等の白色光源12を出射した照明光束は、投影レンズ15を透過した後、ビームスプリッタ7に入射する。ビームスプリッタ7に入射した照明光束の内、可視光におけるs偏光成分の大部分はビームスプリッタ7によって反射され、被検眼E方向に導光される。
被検眼E方向に反射されたs偏光の照明光束は対物レンズ6を透過して、直線偏光を円偏光に変換する特性を有する1/4波長板4に入射する。1/4波長板4に入射したs偏光成分の照明光束は、例えば右回りの円偏光に変換され、被検眼角膜上の涙液層を照明する。照明位置は角膜上の涙液最表層の油層に選択される。
油層の表面及び裏面で反射された油層の厚みの変化により干渉縞模様を形成する。ここで、右回りの円偏光の照明光束が反射されると、円偏光の回転方向が反転し、左回りの円偏光の反射光束として1/4波長板4に入射する。左回りの円偏光である反射光束が1/4波長板4を通過するときには直線偏光に変換される。このとき、変換の元になる円偏光が涙液層での反射によって右回りから左回りに反転しているので、1/4波長板4を通過した反射光束はs偏光の照明光束とは直交する偏光方向を有するp偏光に変換される。
左回りの円偏光からp偏光に変換された反射光束は、対物レンズ6を透過した後、偏光ビームスプリッタ7に入射する。反射光束はp偏光に変換されているので、その大部分は偏光ビームスプリッタ7を透過し、結像レンズ8によってCCDカメラ10の撮像面上に結像する。
一方、偏光ビームスプリッタ7によって被検眼E方向へ反射されたs偏光の照明光束の内、一部が対物レンズ6でCCDカメラ10方向へと反射される。この反射光束は照明光束と同じs偏光であるので、その殆どは偏光ビームスプリッタ7を透過することなく遮光(反射)され、妨害光となってCCDカメラ10に入射することがないので、対物レンズ6での反射光束によるフレアは観察されない。
CCDカメラ10より撮像されるカラーの干渉像は、演算制御部20に入力される。演算制御部20には画像記憶部21が接続されている。画像記憶部21には測定開始からの所定の時間後にCCDカメラ10により得られるカラーの干渉像が記憶される。演算制御部20は画像記憶部21に記憶された干渉像からR(赤)、G(緑)、B(青)の画像信号をそれぞれ取り出し、その各色信号を解析してドライアイの進行状態を解析する。また、CCDカメラ10に撮像される干渉像はカラーモニタ22に表示され、検者はモニタ22によって涙液層の状態を観察することができる。演算制御部20で得られた解析結果は、モニタ22に表示される。24は各種スイッチを備えるスイッチ入力部であり、演算制御部20に接続されている。
測定時には白色光源12を点灯する。白色光源12からの白色照明光により被検眼の涙液層による干渉像が形成され、これが観察光学系5のCCDカメラ10に撮像されてTVモニタ22に映し出される。検者は前眼部像が中心で観察されるように、また、観察像のピントが合うように光学系を移動してアライメントする。アライメント完了後、測定開始スイッチ27を押し、被検眼に一旦瞬きをしてもらう。演算制御部20は、CCDカメラ10による画像信号から被検眼が開瞼したことを検知し、測定を自動的に開始する。すなわち、瞼が閉じているときの被検眼からの全体の反射光量に対して、瞼が開かれたときの被検眼からの全体の反射光量は増大する。この反射光量の変化から瞼が開かれたことが検知できる。また、画像処理により検出される虹彩等の大きさの程度から開瞼を検知することもできる。また、開瞼の検知としては、被検眼前眼部に開瞼検知用の光束を投影する光学系と、これを被検眼前眼部からの反射光を検知する光学系を、専用に設けても良い。なお、被検眼は複数回の瞬きをすることがあるので、この場合には最後に開瞼が検知されたタイミングを測定開始とする。
演算制御部20は測定時間を計測し、測定開始から一定時間後(例えば、5秒後)にCCDカメラ10で撮像された干渉像を画像記憶部21に記憶させる。予め設定された測定時間が過ぎると、演算制御部20は画像記憶部21に記憶した画像を呼び出し、これをR(赤),G(緑),B(青)の色毎の信号に分解し、分解した色毎の信号変化に基づいてドライアイの進行状態を解析する。
ドライアイの進行状態の解析方法を説明する。健常眼の涙液層は、干渉色がほぼ均一で、時間経過に対する干渉色の変化は少ない。一方、ドライアイが進行した状態では徐々に干渉縞が現われてくる。そして、さらにドライアイが進行すると、多彩な干渉色を持つ干渉縞が多く見られるようになる。したがって、色毎の干渉縞の状態を捉えることにより、ドライアイの進行状態を的確に判定することが可能になる。
解析に際しては、R,G,Bの各画像における共通の解析エリアと解析ラインを設定しておく。図2における符号121は干渉像における解析エリアを示している。解析エリア121は予め設定されているが、任意に設定することもできる。スイッチ入力部24のスイッチ24cで解析エリア設定のモードにすると、測定エリア121が画面上に表示される。その領域の縦サイズ及び横サイズのパラメータを、スイッチ24e,24f,24g,24hで所望する大きさに変更し、スイッチ24iの移動キーで所望する部位へ移動する。解析エリアの設定登録を完了する時には、スイッチ24cを押す。解析エリア121は円形の領域内としても良い。
また、図2における符号123は、解析エリア121内における信号レベルを走査する解析ラインを示している。この解析ライン123は、少なくとも1ラインあれば良いが、好ましくは複数ラインを設定する。この実施形態では水平方向に解析ラインを取っているが、垂直方向としても良く、さらに水平方向と垂直方向の両方としても良い。この解析ライン123についても任意の位置に設定できる。スイッチ24dを押すと、測定ラインを選択するモードになり、スイッチ24fにより水平方向のライン123が現れるので、スイッチ24iによりラインを所望位置に移動する。スイッチ24dを押すことにより、設定登録が完了する。複数のラインを設定するときは、解析エリア121を等分するようにすれば良い。また、複数の画素の平均値を取ることで一つのラインとしてしても良い。さらに処理時間が許せば、画素毎のすべての走査ラインを解析対象としても良い。
演算制御部20は、分解されたR,G,Bの各色信号について、予め設定された解析領域121内における解析ラインの信号レベルを抽出し、その信号変化から干渉模様に出現する干渉縞を判定する。図3は水平方向のある1ラインにおける各色の信号レベルの変化を示した図であり、図3(a)がR信号、図3(b)がG信号、図3(c)がB信号の例を示す。信号レベルは、256スケールで表されている。干渉像は多彩な色を示すので、R,G,Bに分解した各色の信号レベルは、同じ位置においてもその強度が異なるものとして現われてくる。これに対して、干渉像を単に一つの強度信号(濃淡)として捉えると、色毎に異なる強度変化が埋もれてしまう可能性が高くなる。なお、各信号レベルについては、平滑化処理等により細かいノイズを除去している。
図4は、各色の信号レベル変化から干渉縞の出現を判定する方法の説明図である。図4において、B1,B2,B3,…(Bn)は、信号レベルが減少から増加へと転じるボトムの変曲点を示す。P1,P2,P3,…(Pn)は、信号レベルが増加から減少へと転じるピークの変曲点である。縞状の模様が発生している場合は、信号レベルの変化(濃淡)が明確になるため、信号変化のピークとボトムの状態で干渉縞の出現が判定できる。まず、信号レベル変化を左から右方向に見ていき(これは逆であっても良い)、ボトムBnから次に検出されるピークPnまでのスケール値を、Sn=Pn−Bn(n=1,2,3,…)により求める。そして、このSnが50スケール以上あるときに、そのピークPnを干渉により出現した縞と判定する。また、このときのSnを信号レベル変化の振幅値とする。以上の縞の判定とSnを解析対象の全ラインについて求める。
ドライアイの進行状況を示す定量値の算出は、次のようにする。RGB毎に全ての解析ラインで判定された縞数を加算し、これをライン数で除することにより、RGB毎の1ラインの平均縞数を求める。次に、RGB毎の平均縞数を加算し、これを色数3で除することで、解析領域における平均縞数STavを求める。このSTavをドライアイの進行状況を示す定量値とする。例えば、図3において、R信号の縞数=5、G信号の縞数=5、B信号の縞数=7であったとし、また、解析ライン数がこの1ラインのみとすると、STav=5.7となる。ドライアイが進行すると、多彩な干渉色を持つ干渉縞が多く見られるようになるので、STavの値も大きくなる。健常眼では干渉色が一様であり、RGB毎の信号レベルもフラットに近いので、STavの値は小さくなる。
また、判定された縞の振幅値Snを加味すると、より的確にドライアイの進行状況を定量化できる。各色毎の解析ライン上にて判定されたSnを加算し、その平均振幅値を求める。これに縞数を乗じた値をライン数で除することにより、各色の振幅値Tr(赤)、Tg(緑)、Tb(青)を求める。すなわち、Tr(赤)については、
Tr=(縞数×平均振幅値/10)/ライン数
とする。なお、縞数×平均振幅値は、言い換えれば振幅Snの加算値である。また、平均振幅を除している数値の「10」は、単に計算結果の値を小さく算出するための係数であり、特別な意味は無い。Tg(緑)、Tb(青)についても同じ方法で算出する。そして、ドライアイの進行状況を示すドライアイ進行度Tを、RGB3色の平均値として求める。すなわち、
Trgb=(Tr+Tg+Tb)/3
となる。例えば、図3のR信号においては縞数=5、その平均振幅値=80であったとし、G信号においては、縞数=5、その平均振幅値=80であったとし、B信号においては縞数=7、その平均振幅値=70であったとする。また、解析ライン数がこの1ラインのみとすると、Tr=40、Tg=40、Tb=49となる。これからドライアイ進行度Trgbを求めると、Trgb=43となる。
ドライアイが進行した眼においては、多彩な干渉色を持つと共に、各色の強度変化が強く現われるようなる。このため、縞数のみでなく、その振幅値Sn(強度変化レベル)を計算に含めることにより、より的確にドライアイの進行状態を定量化できる。
また、上記のSTav及びTrgbの計算において、干渉色の傾向を重視するときは、各色に重み付けを変えると良い。すなわち、Trgbの計算においては、Tr,Tg,Tbにそれぞれ重み付け係数Kr,Kg,Kbをそれぞれ乗じる。ドライアイ進行眼では、干渉色に赤色や褐色が多く現われるので、例えば、Kg,Kbに対してKrの値を大きくする。
以上のようにして求められたSTav又はTrgbの解析結果は、解析対象の干渉像と共にモニタ22に表示される。これにより、検者はドライアイの進行状況を定量的に把握できる。
上記の説明においては瞬き後の一定時間後の干渉像について解析するものとしたが、干渉像の撮像は所定のサンプリング間隔で複数画像を得て、各画像について定量化の解析結果を得るようにしても良い。この場合、演算制御部20は測定開始からの時間を計測し、所定のサンプリング間隔で得られた干渉像を画像記憶部21に逐次記憶させる。例えば、測定時間を10秒とし、サプリング間隔を1秒とすれば、10枚の画像が記憶される。サンプリング間隔及び測定時間は、スイッチ入力部24のスイッチ操作で所望する値を設定しておくことができる。測定時間が終了すると、各画像について前述のSTav又はTrgbを求める。各解析結果は、サンプリングの経過時間と共にモニタ表示される。これにより、ドライアイの干渉状態の経時変化を比較することができ、より適切にドライアイを診断できる。
本発明に係る眼科装置の光学系と制御系の概略構成図である。 干渉縞を判定する際の解析エリア及び解析ラインの設定画面を示す図である。 水平方向のある1ラインにおける各色の信号レベルの変化を示した図である。 各色の信号レベル変化から干渉縞の出現を判定する方法の説明図である。
符号の説明
11 照明光学系
10 CCDカメラ
20 演算制御部
21 画像記憶部
22 モニタ
24 スイッチ入力部


Claims (6)

  1. 被検眼を照明する照明光学系と、該照明光により被検眼の涙液層で形成される干渉模様をカラー撮像する撮像手段と、該撮像されたカラー画像を複数の色成分に分解し、分解された色成分毎の信号に基づいて各色成分に出現する干渉縞を判定し、各色成分で判定された干渉縞の数又は判定された干渉縞の信号レベル変化に基づいてドライアイの進行状態を示す値を演算する解析手段と、を備えることを特徴とする眼科装置。
  2. 請求項1の解析手段は、予め設定された所定領域内における水平方向又は垂直方向の少なくとも一方の走査ラインでの信号変化に基づいて、その走査ラインで出現する干渉縞を判定することを特徴とする眼科装置。
  3. 請求項2の解析手段は、前記走査ラインで判定された干渉縞の信号レベル変化の加算値を基にドライアイの進行状態を示す値を演算することを特徴とする眼科装置。
  4. 請求項1の眼科装置において、前記解析手段はドライアイの進行状態を示す値を演算する際に、分解した各色についての重み付けが異なることを特徴とする眼科装置。
  5. 請求項1の眼科装置において、被検眼が瞬き後に開瞼したことを検知する検知手段を持ち、前記検知手段による開瞼の検知から所定のサンプリング間隔で前記撮像手段により撮像される干渉像を前記解析手段により解析し、その解析結果の経時変化を表示する構成としたことを特徴とする眼科装置。
  6. 請求項2の眼科装置は、干渉縞を判定する際に前記所定領域を任意に設定可能な領域設定手段を備えることを特徴とする眼科装置。






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