JP2005211173A

JP2005211173A - 眼科装置

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Publication number: JP2005211173A
Application number: JP2004019078A
Authority: JP
Inventors: Tetsuyuki Miwa; 哲之三輪
Original assignee: Nidek Co Ltd
Current assignee: Nidek Co Ltd
Priority date: 2004-01-27
Filing date: 2004-01-27
Publication date: 2005-08-11
Anticipated expiration: 2024-01-27
Also published as: US7320518B2; JP4404648B2; US20050162611A1

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
１０ＣＣＤ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

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。
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。
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。
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。
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。
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。