JP2009178174A - Ophthalmologic measuring apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、眼科測定装置、更に詳細には、ドライアイの重症度を定量的に測定する眼科測定装置に関する。 The present invention relates to an ophthalmic measurement apparatus, and more particularly to an ophthalmic measurement apparatus that quantitatively measures the severity of dry eye.
近年、VDT(visual display terminal)作業者の増加や冷暖房による部屋の乾燥などによりドライアイ患者が増加している。ドライアイになると角膜上皮障害や結膜障害、その他にも種々の眼障害を併発するおそれがあり、ドライアイの診断は眼科診断の上で重要なテーマとなっている。 In recent years, the number of dry eye patients has increased due to an increase in the number of VDT (visual display terminal) workers and the drying of rooms by air conditioning. Dry eye may cause corneal epithelial disorder, conjunctival disorder, and various other eye disorders. Dry eye diagnosis is an important theme in ophthalmologic diagnosis.
従来は、生体染色検査、シルマーテストによる涙液分泌量検査などによりドライアイの診断を行なっていたが、薬物点眼や異物接触を伴うため被検者の苦痛は避けられなかった。そこで、非接触的にドライアイを検出するために、被検眼にコヒーレント光を照射して涙液層でのカラーの干渉縞(干渉模様)を観察する方法が試みられている。これら装置では、被検眼の涙液の油層で形成される干渉模様を撮像して、それをモニタに表示して観察することにより涙液層の状態を知り、ドライアイの簡易的診断を行っている。 Conventionally, dry eye was diagnosed by a vital staining test, a tear secretion test using a Schirmer test, etc., but suffering from the subject was unavoidable due to drug instillation and foreign object contact. Therefore, in order to detect dry eye in a non-contact manner, a method of observing color interference fringes (interference patterns) in the tear film by irradiating the eye to be examined with coherent light has been attempted. With these devices, the interference pattern formed by the tear fluid layer of the eye to be examined is imaged, displayed on a monitor and observed to know the state of the tear fluid layer, and a simple diagnosis of dry eye is performed. Yes.
また、ドライアイの重症度を定量的に評価するために、上記涙液油層の干渉模様の強度を測定し、その測定値からドライアイの重症度を示す値を演算したり(特許文献1)、あるいは、干渉模様の像に複数のエリアを設定し、各エリアの色相に基づいて涙液表層を評価したり(特許文献2)、あるいは干渉縞の色相の経時変化を解析してドライアイを診断することが行われている(特許文献3)。また、このような干渉模様からドライアイを特定する他の例として、被検眼の涙液層で形成される干渉模様をカラー撮影し、そのカラー画像を色成分に分解して、各色成分で判定される干渉縞の数又はその信号レベル変化に基づいてドライアイの進行状態を判定することが行われている(特許文献4)。 Further, in order to quantitatively evaluate the severity of dry eye, the strength of the interference pattern of the tear fluid layer is measured, and a value indicating the severity of dry eye is calculated from the measured value (Patent Document 1). Alternatively, by setting a plurality of areas in the image of the interference pattern and evaluating the tear surface layer based on the hue of each area (Patent Document 2), or analyzing the temporal change of the hue of the interference fringe, Diagnosis is performed (Patent Document 3). As another example of identifying dry eye from such interference patterns, color images of interference patterns formed by the tear film of the eye to be examined are taken, the color image is decomposed into color components, and each color component is determined. The progress of dry eye is determined based on the number of interference fringes or the change in signal level thereof (Patent Document 4).
また、干渉模様からドライアイを判定するのではなく、被検眼開瞼後に涙液層が破砕されて発生するドライスポット領域の経時的変化を、ドライスポット領域の面積比データの経時的変化として把握し、そのドライスポット領域の経時変化をモニタに表示することによりドライアイの涙液の安定性の異常を検査することが行われている(特許文献5)。さらに、被検眼にトレーサーを点眼し、この点眼したトレーサーの移動を測定することによりドライアイの定量化が行われている(特許文献6)。 Also, instead of judging the dry eye from the interference pattern, the change over time in the dry spot area that occurs when the tear film is crushed after the eye is opened is grasped as the change over time in the area ratio data of the dry spot area. In addition, a change in the dry spot area over time is displayed on a monitor to examine abnormal stability of dry eye tears (Patent Document 5). Furthermore, quantification of dry eye is performed by applying a tracer to the eye to be examined and measuring the movement of the instilled tracer (Patent Document 6).
また、ドライアイ患者の瞬目後の涙液油層の伸展状態がVoit modelで良好に近似でき涙液貯留量と関連することが述べられている(非特許文献1)。さらに、撮像された油層画像に矩形の観察領域を設定し、一定時間後の油層画像から該観察領域の油層画像と最も一致する矩形領域を相関法を用いて認識し、その領域の垂直方向の変位量からVoit modelを用いて垂直方向の油層伸展初速度を求め、この初速度と涙液メニスカス曲率半径との関係が検討されている(非特許文献2)。 Further, it has been described that the stretch state of the tear fluid layer after blinking in a dry eye patient can be well approximated by the Voit model and is related to the tear fluid accumulation amount (Non-patent Document 1). Furthermore, a rectangular observation region is set in the captured oil layer image, and a rectangular region that most closely matches the oil layer image of the observation region is recognized from the oil layer image after a certain time by using the correlation method, and the vertical direction of the region is recognized. The initial velocity of oil layer extension in the vertical direction is obtained from the amount of displacement using a Voit model, and the relationship between this initial velocity and the lacrimal meniscus radius of curvature has been studied (Non-Patent Document 2).
また、被検眼の固視状態が変動すると、信頼性のある眼科検査ないし測定を行うことができないので、固視の移動状況から撮影画像を補正したり(特許文献7)、瞳が移動しても安定した波面補正を行って被検眼の光学特性を測定し、あるいは眼底像を形成することが行われている(特許文献8)。
従来、被検眼の涙液油層の伸展状態を検査してドライアイの重症度を測る方法は、重度のドライアイ(Grade4といわれている)では、油層の移動境界面がはっきりわかったため、油層のエリアを自動的に判別して、油層面積を計算することができた。しかし中度のドライアイ(Grade2,3といわれている)に関してははっきりとした油層の境界面が現れないので、従来の方法では対処できなかった。ちなみに、この油層の面積を測る方法は、画像からマニュアルで境界面を引くことも不可能であった。 Conventionally, the method of measuring the severity of dry eye by examining the extension state of the tear fluid layer in the subject's eye has been known for severe dry eye (referred to as Grade 4) because the boundary of movement of the oil layer was clearly known. The area was automatically identified and the oil layer area could be calculated. However, with regard to moderate dry eyes (referred to as Grades 2 and 3), a clear boundary of the oil layer does not appear, so that conventional methods cannot cope with it. Incidentally, this method of measuring the area of the oil layer was impossible to manually draw a boundary surface from the image.
また、特許文献6、非特許文献2に見られるように、涙液油層の移動量に着目するドライアイ判定方法では、被検眼を固視させるとき、被検眼の固視移動(固視微動)があると、その固視移動量も油層移動量に反映されてしまうため正確な測定ができない、という問題があった。 Further, as can be seen in Patent Document 6 and Non-Patent Document 2, in the dry eye determination method that focuses on the amount of movement of the tear oil layer, when the subject's eye is fixed, the subject's eye is moved (fixed eye movement). Then, there is a problem that accurate measurement cannot be performed because the amount of fixation movement is reflected in the amount of movement of the oil layer.
本発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、中度のドライアイ状態でも、また固視微動があっても、正確なドライアイの重症度を測定することが可能な眼科測定装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made to solve such problems, and it is possible to accurately measure the severity of dry eye even in a moderate dry eye state or in the presence of microscopic fixation. It is an object of the present invention to provide an ophthalmic measurement apparatus.
本発明は、
照明光を被検眼角膜上の涙液油層に投光する光学系と、
涙液油層からの反射光を受光し、涙液油層を撮像する油層撮像手段と、
撮像された涙液油層の画像を処理して角膜上の涙液油層の移動量を演算する演算処理手段と、
被検眼の固視移動量を検知する検知手段とを有し、
前記検知された固視移動量に基づいて涙液油層の移動量を補正し、補正された涙液油層の移動量の時間変化率を求めて被検眼に貯留する涙液量を示す値とすることを特徴とする。
The present invention
An optical system that projects illumination light onto the tear fluid layer on the eye cornea;
An oil layer imaging means for receiving reflected light from the tear fluid layer and imaging the tear fluid layer;
An arithmetic processing means for processing the image of the taken tear film and calculating the amount of movement of the tear film on the cornea;
Detection means for detecting the amount of fixation movement of the eye to be examined,
Based on the detected amount of fixation movement, the amount of movement of the tear fluid layer is corrected, and the time change rate of the corrected amount of movement of the tear fluid layer is determined to indicate the amount of tear fluid stored in the eye to be examined. It is characterized by that.
本発明では、被検眼を固視させて測定を行うとき、被検眼が移動したときに被検眼の移動量(固視移動量)を検知し、検知された固視移動量に基づいて涙液油層の移動量を補正して涙液油層の移動量の時間変化率を求めるようにしているので、測定中に固視微動があっても、また中度のドライアイ状態でも信頼性よくドライアイの症状を定量化することができる。 In the present invention, when performing measurement while fixing the eye to be examined, the amount of movement of the eye to be examined (the amount of fixation movement) is detected when the eye to be examined is moved, and tear fluid is detected based on the detected amount of fixation fixation. Since the amount of movement of the oil layer is corrected to determine the rate of change in the amount of movement of the tear oil layer over time, dry eye can be reliably measured even when there is slight eye movement during measurement or in moderate dry eye conditions. The symptoms of can be quantified.
以下、図面に示す実施例に基づいて、本発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the drawings.
図1は、本発明に係わる眼科測定装置の概略構成を示す。同図において、符号1で図示するものは、被検眼Eを照明するための白色光源でハロゲンランプ等によって構成される。白色光源1から射出された光は、照明視野を制限するマスク2を通過後、レンズ3、ハーフミラー4、レンズ5、変倍レンズ6、ハーフミラー7、対物レンズ8を介して被検眼E上の所定点Pを照明する。点Pの位置は被検眼Eの角膜上の涙液層に選択される。なお、白色光源1は調光回路(不図示)により光量が調節できるようになっている。
FIG. 1 shows a schematic configuration of an ophthalmologic measuring apparatus according to the present invention. In the figure, what is indicated by
点Pからの反射光は、涙液層の最上層の涙液油層(液膜ともいう)の厚みその他の状態により種々の干渉模様を形成する。涙液油層からの反射光は、対物レンズ8に入射し、ハーフミラー7、変倍レンズ6、レンズ5、ハーフミラー4、レンズ9を介してカラーCCDカメラ(油層撮像手段)10で受光され、涙液油層がCCDカメラ10によりカラー画像(RGB画像)として撮像される。
The reflected light from the point P forms various interference patterns depending on the thickness and other states of the tear film oil layer (also referred to as a liquid film) as the uppermost layer of the tear film. The reflected light from the tear oil layer enters the objective lens 8 and is received by the color CCD camera (oil layer imaging means) 10 through the
図1で右上に一点鎖線で囲った部分はドライアイ光学系を構成する。本発明では、被検眼Eの固視微動を測定するために、ドライアイ光学系とは別に、固視を観察撮影するための光学系が設けられる。この固視光学系は、可視光発光ダイオード(LED)などからなる固視光源12を有し、固視光源12からの光束はハーフミラー13と7で反射され、対物レンズ8で被検眼Eの角膜に点状に輝点として投影される。この輝点の反射像は対物レンズ8を通過してハーフミラー7で反射され、ハーフミラー13を透過して固視観察撮像用のCCDカメラ(固視撮像手段)14により撮像される。
In FIG. 1, a portion surrounded by a one-dot chain line on the upper right side constitutes a dry eye optical system. In the present invention, in order to measure the fixation fine movement of the eye E, an optical system for observing and photographing the fixation is provided separately from the dry eye optical system. This fixation optical system has a
CCDカメラ10と14の画像は、ビデオ同期信号回路15からフレームレイトに同期してそれぞれビデオキャプチャユニット21、22で静止画像としてキャプチャされ、開眼後の画像がタイムスタンプとともに演算処理部(演算処理手段)23のフレームメモリ23a、23bに入力されそこに格納される。そして、これらの画像は表示モニタ24で表示されるとともに、演算処理部23で画像処理され、後述するように涙液油層の移動量並びに固視移動量が演算される。
The images of the
次に、このように構成された装置においてドライアイの症状を測定するときの動作を説明する。 Next, an operation when measuring symptoms of dry eye in the apparatus configured as described above will be described.
光源1を点灯して被検眼Eの角膜を照明し、またLED光源12を点灯して被検眼を固視させる。固視が安定した状態で、被検眼を瞬きさせ開眼後角膜上の涙液油層をCCDカメラ10で撮像する。
The
図2は撮像された画像を示し、2aはマスク2の画像、31は角膜の画像、30は涙液油層を示す。涙液油層30は、その表面と裏面の反射光の干渉により干渉模様を形成し、開眼後図2(a)から(b)に示したように伸展し、移動する。本実施例では、瞬き後の涙液油層の移動量と時間の関係を、数式化することによりドライアイの症状の定量化を行う。
FIG. 2 shows a captured image, 2a shows an image of the
涙液油層の移動量を求めるために、CCDカメラ10で撮像された涙液油層の画像がビデオキャプチャユニット21で取得され、フレームメモリ23aに格納される。図2において、Aは所定の大きさの測定エリアを示し、この測定エリアA内の画像の垂直方向の移動量Δyを求める。
In order to determine the amount of movement of the tear fluid layer, an image of the tear fluid layer captured by the
図4には、その移動量の求め方が図示されている。開眼後の時点tにおけるフレームメモリ23aのスタート画像(フレームnの画像;図2(a)に対応)に、xw画素×yw画素の大きさの測定エリアAを設定する。続いて、時点t+1において、涙液油層を撮像し、同様にフレームメモリ23aにフレームn+1の画像として格納する(図2(b)の画像に対応)。このとき、図4の右側に示したように、計算対象エリアBを設定する。その大きさは、想定される測定エリアAの移動範囲をカバーするように、測定エリアAのX方向に−xa画素、+xa画素、Y方向に−10画素、+ya画素拡大させた大きさに設定される。 FIG. 4 shows how to determine the amount of movement. A measurement area A having a size of xw pixels × yw pixels is set in the start image (image of frame n; corresponding to FIG. 2A) at the time t after opening the eye. Subsequently, at the time point t + 1, the tear fluid layer is imaged and similarly stored in the frame memory 23a as an image of the frame n + 1 (corresponding to the image of FIG. 2B). At this time, the calculation target area B is set as shown on the right side of FIG. The size is set to a size obtained by enlarging −xa pixel, + xa pixel in the X direction, −10 pixel in the Y direction, and + ya pixel so as to cover an assumed movement range of the measurement area A. Is done.
計算対象エリアB内で、測定エリアAの画像に最も近い画像を求めるために、測定エリアAの画像で計算対象エリアB内の画像を順次x、y方向に走査し、その相関を調べ、輝度値の差の総和が最小になる位置、つまり相関が最も高くなる位置を求める。これを数式化すると、 In order to obtain an image closest to the image in the measurement area A in the calculation target area B, the image in the calculation target area B is sequentially scanned in the x and y directions with the image in the measurement area A, and the correlation is examined. A position where the sum of the difference of values is minimized, that is, a position where the correlation is highest is obtained. If you formulate this,
図4において、測定エリアAの画像40に最も近い画像41が図示した位置で得られたとすると、涙液油層は時点n+1の後に両画像のy座標の差、つまりΔy(n)だけy軸方向(垂直方向)に移動したことになる。
In FIG. 4, when an image 41 closest to the
このようにして、撮像された油層画像に一定の矩形領域(測定エリアA)を設定し、一定時間後の油層画像から該矩形領域の油層画像と最も一致する矩形領域を相関法を用いて求めることにより、一定時間後の油層画像の垂直方向の移動量を求めることができる。 In this way, a fixed rectangular region (measurement area A) is set in the captured oil layer image, and a rectangular region that most closely matches the oil layer image of the rectangular region is obtained from the oil layer image after a predetermined time by using the correlation method. Thus, the amount of movement in the vertical direction of the oil layer image after a certain time can be obtained.
このように、涙液油層の進展中のΔyを経時に加算して移動量の総和H(t)を求めると、図5に点線で示したようになり、移動量の経時的な変化は、実線で示したように、
H(t) = p[1−exp(−t/λ)]
の指数関数として近似することができる。ここで、pは定数、tは時間、λは緩和時間である。
Thus, when Δy during the development of the tear fluid layer is added over time to obtain the total amount of movement H (t), it becomes as shown by the dotted line in FIG. As shown by the solid line,
H (t) = p [1-exp (−t / λ)]
It can be approximated as an exponential function. Here, p is a constant, t is time, and λ is relaxation time.
涙液油層は、開瞼後角膜上で伸展するが、その伸展状態は、上述したように、指数関数で近似できることから、涙液油層を粘弾性体として取り扱い、その伸展挙動(油層面積、油層の移動量などの経時変化)をレオロジーモデル、つまりフォークトモデル(Voigt model)を用いて解析することができる。 The tear oil layer extends on the cornea after opening, but the extension state can be approximated by an exponential function as described above. Therefore, the tear oil layer is treated as a viscoelastic body, and its extension behavior (oil layer area, oil layer) Change with time) can be analyzed using a rheological model, that is, a Vogt model.
涙液油層の垂直方向の移動量の経時変化をフォークトモデルにあてはめて解析し、涙液油層の伸展初速度(開瞼時点での油層移動量の時間変化率mm/sec)、つまり上記指数関数の時間t=0における1次微分
H'(0) = dH(0)/dt
を求める。
Analyzing the change in the amount of movement of the tear fluid layer in the vertical direction by applying it to the Forked model, the initial stretching speed of the tear fluid layer (time rate of change in the amount of movement of the oil layer at the time of opening mm / sec), that is, the above exponential function First derivative at time t = 0 of H ′ (0) = dH (0) / dt
Ask for.
特開平11−267102号公報には、涙液表面に投影された開口の像倍率を求め、この像倍率から下眼瞼縁に沿った涙液表面(涙液メニスカス)の曲率半径Rを演算し、その曲率半径Rからドライアイの重症度を評価する方法が記載されており、この曲率半径Rは、信頼性よく眼表面に貯留する涙液量を示す値として用いることが判明している。 In JP-A-11-267102, the image magnification of the opening projected on the tear film surface is obtained, and the curvature radius R of the tear film surface (tear meniscus) along the lower eyelid edge is calculated from this image magnification, A method for evaluating the severity of dry eye from the radius of curvature R is described, and it has been found that this radius of curvature R is used as a value indicating the amount of tear fluid stored on the eye surface with high reliability.
そこで、上述した各被検眼に対して、涙液メニスカス曲率半径R(mm)を計測し、これを、涙液油層の伸展初速度H'(0)の関係を調べてみると、H'(0)とRとの間には、m、nを定数として[H'(0)=m×R−n]の有意な正の直線相関が認められる。 Therefore, the tear meniscus radius of curvature R (mm) is measured for each eye to be examined, and the relationship between the tear initial velocity H ′ (0) of the tear fluid layer is examined, and H ′ ( A significant positive linear correlation of [H ′ (0) = m × R−n] is recognized between 0) and R, where m and n are constants.
このことから、涙液油層は、開瞼後フォークトモデルの粘弾性体に近似しうる挙動を示しながら伸展し、その伸展初速度は涙液貯留量の増加に比例して増加することが分かる。そこで、本発明では、開瞼時点(t=0)における涙液油層の垂直方向の移動量の時間変化率を算出し、これを被検眼に貯留する涙液量を示す値とし、ドライアイの重症度を判定するための定量化の値とする。 From this, it can be seen that the tear oil layer stretches while exhibiting a behavior that can be approximated to the vault elastic body of the Forked model after opening, and that the initial stretching speed increases in proportion to the increase in the tear fluid storage amount. Therefore, in the present invention, the time change rate of the amount of movement of the tear fluid layer in the vertical direction at the time of opening (t = 0) is calculated, and this is used as a value indicating the amount of tear fluid stored in the eye to be examined. Use the quantification value to determine severity.
このように、本実施例では、指定したエリアの画像濃淡パターンの移動量に着目したため、グレード2、3の中度のドライアイ状態でも定量化することができる。
In this way, in the present embodiment, attention is paid to the moving amount of the image shading pattern in the designated area, and therefore, it can be quantified even in a moderate dry eye state of
ここで、涙液油層の移動量を計る測定時間が開眼後5〜10秒程度であるので、被検眼が固視微動も含め、被検眼が動いたときに、涙液油層の移動量が乱れて、フォークトモデルにあてはまらなくなる。そのため、以下に述べるように、CCDカメラ14により固視微動を測定し、固視移動量を、油膜移動量に反映して計算するようにする。
Here, since the measurement time for measuring the amount of movement of the tear fluid layer is about 5 to 10 seconds after opening the eye, the amount of movement of the tear fluid layer is disturbed when the subject's eye moves, including microscopic movements of the fixation. This is not the case with the Forked model. Therefore, as will be described below, the fixation fine movement is measured by the
測定中固視光源12が点灯されているので、CCDカメラ14には、図3に示したように、被検眼の前眼部(角膜)51に投影された固視光源12による輝点50が撮像される。CCDカメラ14の画像は、ビデオ同期信号回路15からのフレームレイトに合わせて、CCDカメラ10からの涙液油層の画像と同期して、ビデオキャプチャユニット22で静止画像としてキャプチャされ、フレームメモリ23bに入力されそこに格納される。
Since the
固視微動等被検眼が動いた場合は、輝点50の反射方向が変わるため、この輝点50の位置も、被検眼の動きによって移動する。演算処理部23は、フレームメモリ23b内の輝点50の中心座標を求め、nフレームと(n+1)フレーム間での、輝点の中心位置の水平方向、垂直方向の被検眼の動きによる移動量(Δ(n)xs,Δ(n)ys)を求め、それを上式数1に加算して、下記式を演算する。そして
When the eye to be examined moves, such as fixation fixation fine movement, the reflection direction of the luminescent spot 50 changes, so the position of the luminescent spot 50 is also moved by the movement of the eye to be examined. The
これにより、固視移動があった場合にも、その移動量を補正して、涙液油層の移動量を演算することができるので、固視移動があっても、ドライアイの重症度を信頼性よく定量化することができる。 As a result, even if there is a fixation movement, the movement amount of the tear oil layer can be calculated by correcting the movement amount. It can be quantified with good quality.
10、14 CCDカメラ
12 固視光源
15 ビデオ同期信号回路
21、22 ビデオキャプチャユニット
23 演算処理部
23a、23b フレームメモリ
30 涙液油層
50 固視輝点
DESCRIPTION OF
Claims (3)
涙液油層からの反射光を受光し、涙液油層を撮像する油層撮像手段と、
撮像された涙液油層の画像を処理して角膜上の涙液油層の移動量を演算する演算処理手段と、
被検眼の固視移動量を検知する検知手段とを有し、
前記検知された固視移動量に基づいて涙液油層の移動量を補正し、補正された涙液油層の移動量の時間変化率を求めて被検眼に貯留する涙液量を示す値とすることを特徴とする眼科測定装置。 An optical system that projects illumination light onto the tear fluid layer on the eye cornea;
An oil layer imaging means for receiving reflected light from the tear fluid layer and imaging the tear fluid layer;
An arithmetic processing means for processing the image of the taken tear film and calculating the amount of movement of the tear film on the cornea;
Detection means for detecting the amount of fixation movement of the eye to be examined,
Based on the detected amount of fixation movement, the amount of movement of the tear fluid layer is corrected, and the time change rate of the corrected amount of movement of the tear fluid layer is determined to indicate the amount of tear fluid stored in the eye to be examined. An ophthalmologic measuring apparatus characterized by that.
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