JP2007319393A

JP2007319393A - 網膜機能計測装置

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Publication number: JP2007319393A
Application number: JP2006152569A
Authority: JP
Inventors: Tsuguo Kusushiro; 紹生楠城
Original assignee: Nidek Co Ltd
Current assignee: Nidek Co Ltd
Priority date: 2006-05-31
Filing date: 2006-05-31
Publication date: 2007-12-13

Abstract

【課題】精度よく詳細な網膜機能の計測を行うことができる網膜機能計測装置を提供する。
【解決手段】低コヒーレント長の光の一部をスリット状の測定光として被検者眼眼底に照射するとともに低コヒーレント長の光の一部を参照光とし，参照光と測定光の反射光との合成により得られる干渉光を周波数成分に分光して受光する干渉光学系を有し、干渉光学系にて受光される干渉光に基づいて被検者眼の眼底断層画像を得る眼底断層情報取得手段と、被検者眼眼底に刺激光を照射する刺激光照射手段と、眼底断層情報取得手段を用いて刺激光照射手段による刺激光の照射前及び照射後における眼底断層情報を取得し，前記刺激光の照射前及び照射後の眼底断層情報に基づいて網膜機能の変化情報を取得する演算処理手段と、演算処理手段により得られた網膜機能の変化情報を表示する表示手段と、を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、眼底を撮影して網膜の機能を計測する装置に関する。

従来、網膜機能を非侵襲的に画像化する装置が知られている。この装置は網膜を照明する照明手段と、網膜の機能応答を誘導する刺激光を照射する網膜刺激照明手段とを有し、刺激光を網膜に照射する前後の網膜画像の状態に基づいて網膜機能を計測し、画像化して評価しようとするものである（特許文献１参照）。
特表２００２−５２１１１５号

上述したような網膜の機能を計測する装置は、刺激光を照射する前の網膜画像の明るさに対する照射後の網膜画像の明るさの変化を読み取るものであるが、刺激光に対する網膜の変化（刺激光による神経組織の活動変化）は微小であるため、その変化を精度よく検出することが重要となる。また、より詳細な網膜機能の計測を行うためには、網膜の深さ方向に渡って計測を行うことが必要となる。

本発明は、上記問題点に鑑み、精度よく詳細な網膜機能の計測を行うことができる網膜機能計測装置を提供することを技術課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とする。
（１）低コヒーレント長の光の一部をスリット状の測定光として被検者眼眼底に照射するとともに前記低コヒーレント長の光の一部を参照光とし，該参照光と前記測定光の反射光との合成により得られる干渉光を周波数成分に分光して受光する干渉光学系を有し、該干渉光学系にて受光される干渉光に基づいて前記被検者眼の眼底断層画像を得る眼底断層情報取得手段と、被検者眼眼底に刺激光を照射する刺激光照射手段と、前記眼底断層情報取得手段を用いて前記刺激光照射手段による刺激光の照射前及び照射後における前記眼底断層情報を取得し，前記刺激光の照射前及び照射後の前記眼底断層情報に基づいて網膜機能の変化情報を取得する演算処理手段と、該演算処理手段により得られた前記網膜機能の変化情報を表示する表示手段と、を有することを特徴とする。
（２）（１）の網膜機能計測装置において、前記干渉光学系は回折格子を有し、前記参照光と測定光の合成光を該回折格子により周波数成分に分光させることを特徴とする。
（３）（２）の網膜機能計測装置は、被検者眼を所定方向に固視させるための固視手段を有し、前記刺激光照射手段は前記刺激光を照射しないときは前記固視手段として用いられることを特徴とする。

本発明によれば、高速な測定が可能であり、精度よく詳細な網膜機能の計測を行うことができる。

本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本実施形態の網膜機能計測装置の光学系を示す概略構成図、図２は制御系を示すブロック図である。なお、本実施形態においては、被検者眼の奥行き方向をＺ方向（図１の光軸Ｌ１方向）、奥行き方向に垂直（被検者の顔面と同一平面）な平面上の水平方向成分をＸ方向、鉛直方向成分をＹ方向として説明する。

図１において、その光学系は、被検者眼眼底の断層画像を干渉計と分光計の技術を用いて非侵襲、非走査で得るための干渉光学系（以下、ＯＣＴ光学系とする）１００と、赤外光を用いて被検者眼の眼底を照明し、観察するための眼底画像を取得する観察光学系２００と、網膜を刺激するための刺激光を被検者眼の眼底に向けて照射するための刺激光照射光学系３００に大別される。

次にＯＣＴ光学系１００について説明する。１はＯＣＴ光学系１００の測定光及び参照光として用いられる低コヒーレントな光を発するＯＣＴ光源であり、例えばＳＬＤ光源等が用いられる。ＯＣＴ光源１には、例えば、中心波長８４０ｎｍで５０ｎｍ程度の帯域を持つ低コヒーレント光を発する光源が用いられる。２はコリメートレンズ、３はシリンドリカルレンズ、４はビームスプリッタ（ハーフミラー）である。ビームスプリッタ４は、光源１から出射する低コヒーレント光を測定光と参照光に分けるとともに、眼底からの反射光（測定光）と参照光とを合成させる役目を有する。５は集光レンズ、６はビームスプリッタ４により反射された参照光を折り返すための参照ミラー（平面ミラー）である。なお、参照ミラーは、参照光の光路長と測定光の光路長とが略一致する位置に置かれている。ここで略一致とは、参照光と測定光との合成により干渉が得られる範囲であって、後述するスペクトル干渉縞の信号をフーリエ変換した際に得られる被検物の奥行方向の情報（相関信号）に混信の少ない光路差を有している状態をいう。また、７は投光レンズ、８はダイクロイックミラー、９は中心に開口を有するホールミラー、１０は対物レンズである。なお、ダイクロイックミラー８はＯＣＴ光源１からの測定光を反射し、後述する観察用光源からの照明光を透過する特性を持つ。

また、ビームスプリッタ４による参照光の透過方向（眼底にて反射した測定光がビームスプリッタ４を反射して向う方向）には、回折格子１１、結像レンズ１２、２次元ＣＣＤからなる受光素子１３が配置される。なお、受光素子１３は、結像レンズ１２、投光レンズ７、対物レンズ１０を介して被検者眼Ｅの眼底と共役な位置に配置されている。このような光学部材によってＯＣＴ光学系が形成される。なお、シリンドリカルレンズ３は、その光学的なパワーを持つ方向が回折格子１１の分光方向に一致した状態で配置されている。

ＯＣＴ光源１から出射した低コヒーレント光は、コリメートレンズ２によって平行光束とされた後、シリンドリカルレンズ３を経て、ビームスプリッタ４によって分割され、その一方（透過光）が測定光として投光レンズ７に向う。投光レンズ７を経た測定光は、ダイクロイックミラー８にて反射し光軸Ｌ１と同軸とされ、ホールミラー９の開口を通過して一旦集光した後、対物レンズ１０を介して被検者眼Ｅの眼底に集光する。なお、測定光はシリンドリカルレンズ３によってスリット状に照射され、被検者眼Ｅの眼底に集光する。眼底で反射した測定光は、対物レンズ１０、ホールミラー９の開口部を通った後、再びダイクロイックミラー８にて反射され、投光レンズ７を経てビームスプリッタ４に向う。

一方、ＯＣＴ光源１から出射し、ビームスプリッタ４を反射した一部の低コヒーレント光は、参照光として集光レンズ５を経て、参照ミラー６に向う。参照光は参照ミラー６の参照面にて反射して折り返され、再びビームスプリッタ４に向かい、眼底で反射した測定光と干渉する。
ここで、測定光は被検者眼Ｅの網膜の各層で反射し、それぞれの分光分布に伴う異なる強度を持つ反射測定光となって、ＯＣＴ光学系１００内に戻るので、ビームスプリッタ４で発生した干渉光は、回折格子１１にて所定の周波数成分（スペクトル）に分光された状態で結像レンズを経て、受光素子１３上でスペクトル干渉縞を形成する。このときの光強度を受光素子１３により検出し、フーリエ変換することにより参照光と測定光の相関信号を得ることができる。この相関信号の強度は、奥行方向（ｚ方向）の反射散乱特性となっているため、得られた相関信号に基づいて被検者眼Ｅの奥行方向の断層画像が得られることとなる。なお、回折格子１１の格子間隔および入射角、集光レンズ１２、受光素子１３は、被検者眼Ｅの光軸方向の測定範囲と分解能を考慮して最適化されている。

なお、また、本実施形態では、図１に示すようにシリンドリカルレンズ３を用いて被検者眼Ｅの眼底にスリット状の測定光を照射し、眼底にて反射した測定光を受光素子１３にて受光している。図５は図１に示す受光光学系をさらに概略化し、眼底からの反射光（測定光）を回折格子１１を介して受光素子１３に受光させる例を示した模式図である。図中、Ｓは眼底に投影されたスリット光を表し、ａ，ｂ，ｃはスリット光Ｓ上の各一点を、ａ′，ｂ′，ｃ′は点ａ〜ｃに対応する受光素子１３上の受光位置（Ｙ軸方向における位置）を概略的に表したものである。図示するように、シリンドリカルレンズ３の影響を受けない方向では、測定光は、回折格子１３の刻線方向と一致するために回折格子１１によって分光されず、その空間情報のみが受光素子１３に形成される。また、シリンドリカルレンズ３の影響を受ける方向では、測定光は線集光（スリット光Ｓ）されるので、集光点の並び（例えば、点ａ，点ｂ，点ｃ）とすれば、それぞれの回折格子１１による分光情が受光素子１３に受光されるので、眼底の奥行情報（例えば、点ａ′，点ｂ′，点ｃ′の分光情報）が形成されることとなる。したがって、２次元ＣＣＤである受光素子１３の受光面の一方向（Ｘ方向）には回折格子１１によって所定の周波数成分（λ１〜λｎ）に分光されたスペクトル情報が、他方向（Ｙ方向）には空間情報が形成されることとなる。したがって、被検者眼Ｅの２次元的な断面画像を機械的な走査を用いることなく得ることができる。

次に、観察光学系２００について説明する。観察光学系は光源２０、ダイクロイックミラー２１、集光レンズ２２、リングスリット２３、投光レンズ２４、ホールミラー９、対物レンズ１０、結像レンズ２５、受光素子２６からなる。観察用光源２０は、ＯＣＴ光源と異なる波長の赤外光（例えば、９００ｎｍ以上の波長の赤外光）を出射するＬＥＤを用いている。また、ダイクロイックミラー２１は、観察用光源２０からの赤外光を反射し、後述する可視の刺激光を透過する特性を持つ。

観察用光源２０から出射される光束は、ダイクロイックミラー２１により反射した後、集光レンズ２２を経てリングスリット２３を照明する。リングスリット２３の光束は、投光レンズ２４を経た後、ホールミラー６の周辺面で反射される。ホールミラー６で反射したリングスリット光束は、対物レンズ７により被検者眼Ｅの瞳孔付近で一旦収束した後、拡散して被検者眼眼底部を一様に照明する。眼底からの反射光束は、対物レンズ７、ホールミラー６の開口部、ダイクロイックミラー５、結像レンズ２５を介して受光素子２６に入射し、その撮像素子面上に眼底像を結像させる。

刺激光照射光学系３００は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）２７、リレーレンズ２８を有し、観察光学系２００にて用いるダイクロイックミラー２１〜対物レンズ１０までを共用する。本実施形態では、ＬＣＤ２７を刺激光用光源として用いており、各光学部材を介して被検者眼Ｅの眼底と共役な位置に置かれ、被検者眼Ｅに対して可視の刺激光を照射する。また、本実施形態では、このＬＣＤ２７を用いて、その画面上に形成される光源の位置や形状、大きさ等を変化させることにより、刺激光の照射条件を変更したり、刺激光を照射しないときは被検者眼Ｅに対する固視用の光源とすることもできる。ＬＣＤ２７から出射された光束は、リレーレンズ２８、ダイクロイックミラー２１、集光レンズ２２、リングスリット２３、投光レンズ２４を経て、ホールミラー９にて反射された後、対物レンズ１０を介して被検者眼Ｅの眼底に結像する。

図２は本実施形態の装置の制御系を示したブロック図である。
３０は装置全体の制御を行うための制御部である。制御部３０には光源１,２０、ＬＣＤ２７、受光素子１３,２６、メモリ３１、種々の操作を行うためのスイッチ類が設けられたコントロール部３２、画像処理部３３が接続される。画像処理部３３は、受光素子１０や受光素子２６にて受光した信号を基に被検者眼眼底の画像形成や網膜機能を画像化する役目を持つ。３４は画像処理部３３に接続されるモニタであり、画像処理部３３にて形成した眼底画像や網膜機能情報が表示される。なお、コントロール部３２には、ＯＣＴ画像を取得するための撮影ボタン３２ａ、刺激光照射ボタン３２ｂ、刺激光照射条件を設定する照射条件設定ボタン群３２ｃ、固視標の点灯位置設定や点灯のＯＮ／ＯＦＦを行うための固視設定用ボタン群３２ｄ、刺激光照射前と照射後における網膜の状態変化を解析するための解析用のボタン３２ｅ等が用意される。

以上のような構成を備える装置において、その動作を説明する。検者は照射条件設定ボタン群３２ｃを用いて、刺激光の照射条件（光量、照射形状等）を予め設定しておく。次に図示なきジョイスティック等の操作手段を用いて装置を駆動させ、モニタ３４に被検者眼Ｅの眼底画像が表示されるような位置関係に合わせておく。光源２０からは観察用の照明光が前述した観察光学系２００を介して被検者眼Ｅに照射されており、眼底からの反射光は観察光学系２００によって受光されている。画像処理部３３は受光素子２６にて得られた受光信号に基づいて眼底観察画像をモニタ３４の画面上にリアルタイムで表示する。なお、画像処理部３３は、モニタ３４に表示されている眼底観察画像に対する眼底断層画像の取得範囲（光切断範囲）を検者が容易に把握できるように、その光切断範囲を示す指標４０を電子的に形成し、モニタ３４に表示される眼底観察画像上に合成して表示させる（図３参照）。なお、図３に示す指標４０は、測定光軸を中心として水平方向（ｘ方向）に所定範囲（シリンドリカルレンズ４によって形成されるスリット範囲）だけ延びるように表示されている。

検者は、モニタ３４に表示される被検者眼Ｅの眼底の観察画像に基づいて、より明確に眼底像が得られるように装置を駆動させて眼底にフォーカスを合わせておく。また、図４に示すように、検者はコントロール部３２の固視設定用ボタン群３２ｄを用い、ＬＣＤ２７の画面の所定位置に固視標５０を点灯（形成）させ、被検者眼Ｅを固視させておく。図示するように、ＬＣＤ２７の画面は固視標５０以外の部分が遮光され、固視標５０のみが明るく映し出されるように形成される。

被検者眼Ｅと装置とのアライメントが完了したら、次に検者は撮影ボタン３２ａを使用し、刺激光照射前のＯＣＴ画像の撮影を行う。撮影ボタン３２ａが使用されると、制御部３０は、図１に示すＯＣＴ光源１から低コヒーレント光を出射させる。なお、被検者眼Ｅに向けて測定光を照射する際に、観察光を同時照射することによって、被検者眼Ｅに対する照射光量オーバーや眼底断層画像取得等に弊害がでるようであれば、眼底断層画像取得の間（ＯＣＴ光源から測定光を出射している間）は、観察用光源２０からの照明光を出射させないように制御してもよい。

ＯＣＴ光源１から出射した低コヒーレント光は、図１に示すシリンドリカルレンズ３を経た後、ビームスプリッタ４にて測定光と参照光に分けられる。測定光は投光レンズ７、ダイクロイックミラー８を経た後、ホールミラー９の開口部を通り、対物レンズ１０を経て被検者眼Ｅの眼底にスリット状に照射される。被検者眼Ｅの眼底からの反射測定光は、ＯＣＴ光学系１００を戻り、受光素子ビームスプリッタ４にて反射し、参照光と合成された後、回折格子１１にて周波数成分に分光され、集光レンズ１２を経て受光素子１３に受光される。受光素子１３では、参照光と測定光との合成による干渉光が逐次検出される。画像処理部３３は前述したように、受光素子１３にて得られた干渉信号をフーリエ変換し、眼底断層画像を得る。得られた眼底断層画像は、固視設定用ボタン群３２ｄにて設定した固視条件とともにメモリ３１に記憶される。また、画像処理部３３は、得られた眼底断層画像をモニタ３４に表示させる。なお、眼底上の別の位置における眼底断層画像を得たい場合には、前述した固視設定用ボタン群３２ｄを用いて、モニタ３４に形成されている指標４０に断面像を取得したい部分が位置するようにＬＣＤ２７の固視標形成位置を変えておき、前述同様に撮影を行えばよい。

次に検者は、刺激光照射ボタン３２ｂを使用して、被検者眼Ｅの眼底に刺激光を照射させる。刺激光照射ボタン３２ｂが押されると、制御部３０はＬＣＤ２７の固視標表示を止め、予め設定された条件にて刺激光が照射されるように、画面表示を制御してフラッシュ光を発し、被検者眼Ｅの網膜を刺激する。被検者眼Ｅの眼底に刺激光が照射されることより、網膜を構成する細胞が刺激され、これに基づく神経細胞の活動が起こる。なお、刺激光は単発のフラッシュ光に限らず、フリッカ状に刺激光を点灯制御するようにしてもよい。また、刺激光の出射範囲をＬＣＤ２７の画面全体とせず、眼底上の所定部分だけを限定して刺激できるようにＬＣＤ２７の画面に形成される刺激光の形状及び形成位置を任意に設定することもできる。

刺激光の照射後、制御部３０は、メモリ３１に記憶した刺激光照射前の固視条件を取り出し、刺激光照射前の被検者眼Ｅの固視位置が得られるようにＬＣＤ２７の画面に固視標５０を形成させる。制御部３０はＯＣＴ光学系１００及び画像処理部３３を用いて、刺激光の照射後の眼底断層画像を前述同様に続けて取得し、固視条件とともにメモリ３１に記憶させる。刺激光照射後に行う撮影は１回だけでなく、網膜機能の変化が判るように、刺激光照射後、所定の間隔（例えば照射１秒後、２秒後…）にて経時的に眼底画像を撮影、記憶させて行ってもよい。

被検者眼Ｅの同一箇所における刺激光照射前後の眼底断層画像をメモリ３１に各々記憶した後、コントロール部３２の解析スイッチ３２ｅを押す。解析スイッチ３２ｆが押されると、画像処理部３３は、メモリ３１に記憶された刺激光照射前の眼底断層画像情報と照射後の眼底断層画像情報とに基づいて、その輝度の差から網膜機能を計測し、その結果をモニタ３４に表示する。被検者眼Ｅの眼底に網膜を刺激する刺激光が照射され、網膜を構成する細胞が刺激を受けると、この刺激に伴って神経細胞の活動に変化が起こり、この神経活動が起こった部位の反射光の強度（反射率）が変化する。このため、刺激光照射前後における眼底断層画像の明るさの変化を読み取ることにより、この神経細胞の活動の変化に起因する内因性の信号変化が得られることとなり、これによって網膜機能が奥行方向に渡って計測できることとなる。

画像処理部３３は、照射前の眼底断層画像に対する照射後の眼底断層画像の明るさの変化を各画素毎に求める。明るさの変化は差分や比等を求めることによって得られる。画像処理部３３は、得られた明るさの変化情報を各画素に対応させてモニタ３４に表示する。明るさの変化情報としては、濃淡の画像として表示する方法や、差分や比の数値情報、この数値情報を網膜機能を評価するための所定の解析プログラムにより演算処理した情報等によってグラフィックや数値情報として表すことができる。

このように本実施形態では、非走査によって被検者眼の網膜の断層画像を得ることができるため、高速測定が可能であり、生体の微動による撮影ズレを極力抑制しつつ、精密な機能計測を行うことができる。
なお、本実施形態では刺激光の照射光源としてＬＣＤを用いているが、これに限るものではなく、眼底に対する刺激光の照射領域や照射位置を変更したり、固視標として使用できる手段であればよい。例えば、ＬＣＤに換えてＬＥＤ等の光源を複数個、同一平面に並べておき、眼底に対する刺激光の照射領域や照射位置を変更したり、被検者眼Ｅの固視用光源として使用することも可能である。

本実施形態における光学系を示した図である。本実施形態における制御系を示したブロック図である。モニタ３４に表示される眼底観察画像と指標とを示した模式図である。本実施形態におけるＬＣＤを用いて固視標を形成させた状態を示す図である。眼底に照射したスリット光を回折格子を介して受光素子に受光させた状態を示した概略図である。

符号の説明

１ＯＣＴ光源
３シリンドリカルレンズ
６参照ミラー
１１回折格子
１３受光素子
２０光源
２６受光素子
２７ＬＣＤ
３０制御部
３１メモリ
３２コントロール部
３３画像処理部
３４モニタ

Claims

低コヒーレント長の光の一部をスリット状の測定光として被検者眼眼底に照射するとともに前記低コヒーレント長の光の一部を参照光とし，該参照光と前記測定光の反射光との合成により得られる干渉光を周波数成分に分光して受光する干渉光学系を有し、該干渉光学系にて受光される干渉光に基づいて前記被検者眼の眼底断層画像を得る眼底断層情報取得手段と、被検者眼眼底に刺激光を照射する刺激光照射手段と、前記眼底断層情報取得手段を用いて前記刺激光照射手段による刺激光の照射前及び照射後における前記眼底断層情報を取得し，前記刺激光の照射前及び照射後の前記眼底断層情報に基づいて網膜機能の変化情報を取得する演算処理手段と、該演算処理手段により得られた前記網膜機能の変化情報を表示する表示手段と、を有することを特徴とする網膜機能計測装置。
請求項１の網膜機能計測装置において、前記干渉光学系は回折格子を有し、前記参照光と測定光の合成光を該回折格子により周波数成分に分光させることを特徴とする網膜機能計測装置。
請求項２の網膜機能計測装置は、被検者眼を所定方向に固視させるための固視手段を有し、前記刺激光照射手段は前記刺激光を照射しないときは前記固視手段として用いられることを特徴とする網膜機能計測装置。