JP2007530233A - 眼科用視力評価システムにおけるエッジ検出 - Google Patents

Abstract

明部と暗部が交互に配置されたパターン（１２）を含む眼科用視力評価システム（１０）。光源（１４）が患者の眼（１６）にパターン（１２）を投影する。カメラ（１８）は眼（１６）から反射したパターン（１２）の１つあるいはもっと多くの画像を取得する。メモリー（２０）は反射したパターンの画像を保存するため、カメラ（１８）に接続されている。エッジ検出器（２２）は、明部と暗部が交互に配置されている、保存された反射パターンにおける移行点を決定する。エッジは、保存された光強度レベルの最大値と保存された光強度レベルの最小値の間の５０％の点になるように決定する。

Description

関連出願の説明

本出願は、米国特許法施行規則（３７ＣＦＲ）１．７８（ａ）（４）に従い、２００４年３月３０日に出願した、米国仮特許出願第６０／５５７，７７０号の優先権を主張するものである。

本発明はプラチド型装置などの眼科用視力評価システムに関する。さらに詳しく述べると、本発明はプラチド発明などにおいて、明部と暗部の間の移行点を正確に決定するためのエッジ検出に関する。

プラチド型装置は、患者の眼の曲率データを得る目的で、眼科の技術分野、特に角膜の技術分野において、よく知られている。標準的な従来技術であるプラチド型装置では、患者の眼に同心状のリングパターンの光を照射する。これらのリングパターンでは、一般に、白と黒のリングが交互に配置されている。

プラチドパターンにおける明部から暗部への移行点は、理論的には、白または明部から黒または暗部の間に過渡期がなく、直ちに切り替わる、ステップ関数であるべきである。

従来、これらのプラチドの画像は患者の角膜からの反射を通じて分析されており、眼に投影して得られるプラチドパターンの歪みは、患者の眼の曲率データにおける収差を表している。これらの収差は医師が手動で測定することが可能であり、あるいは、これらのプラチドパターンは、診断用の機器によって自動的に評価されるかもしれない。これらの診断用機器は当該技術分野においてよく知られており、患者の眼の評価法として多くの企業から提供されている。

これらのプラチドパターンを機械で分析する場合、通常、ビデオカメラが用いられる。ビデオカメラを用いて患者の角膜から鏡像を得、次に、適切なソフトウエアを備えた中央演算処理装置を用いて、ビデオカメラから取り込んだ画素データを医師にとって有益な表やグラフに変換する。これら表やグラフを作成する場合の必須要素のひとつは、プラチドパターンの明部と暗部の間のエッジ、すなわち、明部から暗部へ切り替わる正確な点を決定することである。

前述のように、理想的な状況下では、移行は常に同じ半径で起き、また、ステップ関数となるべきである。しかしながら、製造、ピクシレーション、および、多々の光学的影響がもたらすスミアリングによって生じる誤差に代表される多くの要因や、様々な他のノイズの影響のせいで、実際にはステップ関数にはならない。システムへ取り込まれる他の更なる誤差としては、照度変化や色素変化、反射、センサアレイなどが挙げられるであろう。センサアレイは各画素が同じ反応をしないことが原因で誤差を取り込み、それゆえ、システムにセンサーノイズが取り込まれる。最終的に、隣接画素同士にエネルギーの漏れのある状態では、さらにブルーミングを生じてしまう。

従来技術では、エッジを検出する方法として、明部から暗部への変化に基づいて、光強度の最大傾斜の評価を行ってきた。傾斜の計算には画像上の異なる点と点の間の差異を取り込むことが含まれ、このようなエッジの点には多少のノイズが含まれる可能性がある。これらの最大傾斜は、通常、ハフ変換で作成したグラフから得られる。従来技術である最大傾斜を用いると、多くの場合、ノイズが原因で識別の誤差を生じる可能性があり、疑似的に交差する点を誤って認識することで、疑似ピーク値を生じる可能性がある。

したがって、明部から暗部、またはその逆の移行を判断する場合には、より正確で精密なエッジ検出を提供するエッジ検出技術が切望されるであろう。

本発明に従った眼科用視力評価システム１０を図１に示す。システム１０は、明部と暗部が交互に配置されているパターン１２と、患者の眼１６にパターン１２を投影するための、パターン１２と共に用いられる光源１４とを含む。少なくとも１台のカメラ１８が、眼１６の像を写したパターン１２の１つ以上の画像を得る目的で、眼１６に対して配置される。メモリー２０が、反射パターンの画像を保存する目的で、カメラ１８に接続されている。エッジ検出器２２が、保存された反射パターンが明部から暗部へと切り替わる移行点を決定する。エッジは、保存された光強度レベルの最大値と保存された光強度レベルの最小値との間の５０％の点になるように決定される。

メモリー２０とエッジ検出器２２が中央演算処理装置２４の一部分を構成することが好ましい。

パターン１２は、同心状リングの標準プラチドパターンであるほか、パターン１２は、また、ここに引例として掲げる、“蜘蛛の巣状プラチドパターン（Spider-Web Placido Pattern）”という名称で２００２年９月３０日に出願された米国特許出願第１０／２６１，５３９号明細書の中で詳細に説明されている、蜘蛛の巣状パターンなどの他のパターンであっても良いだろう。加えて、チェッカーボードパターンなどの他のパターンも知られている。すべてのパターンは、明部から暗部、または暗部から明部への一般的なステップ変化を有している。

発明を実施するための最良の手段

前述の本発明にかかる立ち上がり５０％(50% of rise technique)の技術を用いることにより、従来技術である最大傾斜の技術と比較して、より正確なプラチドの分析が得られた。最大傾斜の技術を用いた場合、しばしば、正確なリングさえも得ることが出来ず、使用できないことがあった。図２に示すとおり、２つの技術間の結果を比較する目的で、シミュレーションからハフ変換のグラフを得た。一般的に２６に示される暗部から、一般的に２８に示される明部への変化を図２に示す。シミュレーションは、多様なレベルのセンサーノイズや照度変化、ピクシレーション、視覚のぼけ、人為的なノイズを用いて行われた。結果として得られた図２のエッジ曲線は、実際のデータに似た特性を持っていた。

上記データから得られた曲線すべてについての元となるエッジは、５０画素で検出した。シミュレーションは、図２に示される方法で、１，０００本の曲線について行われた。最大傾斜の技術を用いたときのエッジの値を、図３に棒グラフで示す。グラフから読み取れるように、エッジの平均値は５０．０２画素であり、標準偏差または誤差が０．７７画素であった。

エッジ分析に立ち上がり５０％の技術を用いた図４の棒グラフでは、４９．８９画素の平均値を示し、標準偏差はわずか０．２７画素の値を達成した。標準偏差の値を比較して分かるように、傾斜技術を用いた場合、標準誤差は、立ち上がり５０％の技術を用いた場合に比べて、約３倍も大きい値であった。

立ち上がり５０％の技術を用いた場合、エッジ分析の精密度は補間曲線の精密度と同等である。曲線が補間されることにより、誤差の量は減少する。一方、傾斜方法では、画像上の異なる点と点の間の差異を取り込んでいる。これらの誤差が付加的な要素となり、結果として、エッジ点は多少のノイズを含み得る。最大傾斜を見つけることは、結果として得られる傾斜をある種の曲線に当てはめることであるから、したがって、結果にはさらに多くの誤差が含まれる。加えて、本発明では、立ち上がり５０％の点を探すことによって、平坦部や底部の数点の光強度に正確な較正を加えることが可能であり、結果として、測定されるノイズを大幅に減少させることができる。このことは、傾斜技術を用いる場合と極めて対照的である。傾斜技術を用いる場合、各傾斜の計算には、２つの測定値に基づくノイズが合わさった結果を含んでしまい、ゆえに、測定ノイズも倍増する。

したがって、エッジおよび明部から暗部、またはその逆の移行を決定することは、単に、いちばん低い強度レベルを示す暗部の平均最低値を取り、明部の上限またはいちばん高い強度レベルの平均値を見つけ、最大強度と最小強度レベルの中間点すなわちその差異の５０％の点の移行またはエッジを決定すること、である。

通常、実施の際には、本発明は、眼１６の像を写したパターン１２の１つあるいはさらに多くの画像を得る目的で、眼に対して配置された１台のカメラを要する。取得した画像は、通常、パターン１２の明部に相当する強度レベルの最大値とパターンの暗部に相当する強度レベルの最小値となる光強度レベルを含むある光強度レベルを取得した各画素からなる、画素の配列として捉えられる。つぎに、エッジ検出器２２は、保存済みの取得画像における明部から暗部への移行点を決定するが、その画像において、エッジが、密集した画素の最大強度と最小強度レベル間の５０％の点となるように決定する。通常、これらの画素は、少なくとも２つの離れた画素であることが好ましく、１５画素以下であることが好ましい。

したがって、本発明にかかる眼科用視力評価システムは、明部から暗部へのプラチドパターンにおけるステップ関数の過渡期のエッジの決定を、より正確に行うためのものである。本発明の他への応用は、当業者にとって技術的に明らかであろうし、患者の眼へのパターンの照射に関する別の方法と同様に、様々な種類のカメラ、メモリー、照度変化などが本発明の範囲に含まれると考えられるべきである。

本発明に従った眼科用システムの部分ブロック図。 暗部から明部への典型的な変化を用いたハフ変換データのグラフ。 従来技術である最大傾斜技法を用いたエッジ評価の結果を示す棒グラフ。 本発明に従ったシステムを用いたエッジ評価の結果を示す棒グラフ。

符号の説明

１０ 眼科用視力評価システム
１２ 明部と暗部が交互に配置されたパターン
１４ 光源
１６ 患者の眼
１８ カメラ
２０ メモリー
２２ エッジ検出器
２４ 中央演算処理装置
２６ 暗部
２８ 明部

Claims (8)

1. 明部と暗部が交互に繰り返し配置されているパターンと、
   患者の眼にパターンを投影する目的で前記パターンと共に用いられる光源と、
   眼から反射した前記パターンの１つ以上の画像を得る目的で、眼に対して配置される少なくとも１つのカメラと、
   前記反射したパターンの画像を保存する目的で前記カメラに接続されるメモリーと、
   明部と暗部が繰り返し配置されている保存された反射パターンにおける移行点を決定するためのエッジ検出器であって、前記パターンにおいて、エッジを保存された光強度レベルの最大値と保存された光強度レベルの最小値との間の５０％の点になるように決定するエッジ検出器と、
   を含んでなる眼科用視力評価システム。
2. 前記パターンが、プラチドパターンであることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 前記パターンが、蜘蛛の巣状になっていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
4. 明部と暗部が交互に繰り返し配置されているパターンと、
   患者の眼にパターンを投影する目的で、前記パターンと共に用いられる光源と、
   眼から反射した前記パターンの１つ以上の画像を得る目的で、眼に応じて配置される少なくとも１つのデジタルカメラであって、取得した画像が、前記パターンの明部に相当する強度レベルの最大値と該パターンの暗部に相当する強度レベルの最小値となる光強度レベルを含むある光強度レベルを取得した各画素からなる、画素の配列であるデジタルカメラと、
   前記反射したパターンの画像を保存する目的で前記カメラに接続されるメモリーと、
   明部と暗部が繰り返し配置されている保存された取得画像における移行点を決定するためのエッジ検出器であって、前記画像において、エッジが、密集した画素の最大光強度と最小光強度との間の５０％の点になるように決定される、エッジ検出器と、
   を含んでなる眼科用視力評価システム。
5. 前記パターンが、プラチドパターンであることを特徴とする請求項４に記載のシステム。
6. 前記パターンが、蜘蛛の巣状になっていることを特徴とする請求項４に記載のシステム。
7. ピクセル強度の最大値と最小値の差異が少なくとも２画素であることを特徴とする請求項４に記載のシステム。
8. ピクセル強度の最大値と最小値の差異が１５画素以下であることを特徴とする請求項４に記載のシステム。

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