JP2011019576A - 断層像撮影装置及び断層像の補正処理方法 - Google Patents

断層像撮影装置及び断層像の補正処理方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 断層像撮影装置を用いて撮影された複数の断層像間において、高精度な位置ずれ補正を実現する。
【解決手段】 3次元断層像を構成する複数の2次元断層像間の位置ずれを補正する断層像撮影装置であって、測定対象の組織を示す特徴量を抽出する断層像解析部120と、前記特徴量に基づいて前記複数の2次元断層像の中から、基準2次元断層像を選択する断層像選択部140と、前記基準2次元断層像に隣接するn番目の2次元断層像について、n−1番目の2次元断層像との位置ずれ量を算出する断層像位置補正部150とを備える。
【選択図】 図2

Description

本発明は、断層像撮影装置及び断層像の補正処理方法に関するものである。
生活習慣病の早期診断や失明原因の上位を占める各種疾病の早期診断を目的として、従来より、眼部検診が広く行われてきた。このような眼部検診の場合、眼部全体にわたって疾病を見つけることが求められており、検診に際しては、眼部の広い範囲にわたる像を撮影すること(眼底広域像を撮影すること)が必要となってくる。
眼底広域像の撮影は、一般に、眼底カメラや走査型レーザ検眼鏡(SLO:Scanning Laser Ophthalmoscope)を用いて行われるが、最近では、光干渉断層計などの断層像撮影装置の利用も提案されている(非特許文献1、2参照)。なお、以下では、光干渉断層計をOCT(Optical Coherence Tomography)と称することとする。
OCTなどの断層像撮影装置を用いて眼底広域像を撮影した場合、網膜層内部の状態を3次元的に観察することが可能となるため、疾病の状態を客観的尺度で定量化できるという利点がある。このため、疾病の診断をより的確に行う装置として、断層像撮影装置の眼底広域像への利用の期待が高まっている。
しかし、人間の眼部は、固定された点を注視していた場合であっても、無意識のうちに絶えず微小運動(固視微動)を行っている。このため、OCTなどのように、撮影開始から終了までの時間がかかる装置の場合、撮影中の眼部の固視微動の影響により、撮影された複数の断層像間に、ずれや歪み等が生じることが考えられる。
図24は、撮影中の眼部の固視微動により、断層像間にずれや歪みが生じる様子を示した図であり、図24(a)のライン2420は、断層像を撮影しようとしている眼部上の撮影位置を表している。OCTでは、ライン2420を構成する複数のラインのうち、最上段のライン上を紙面左上から紙面右上方向に向かって走査していき、紙面右端に到達すると、1つ下の段のラインへと撮影位置を移動し、同様の走査を行う。そして、これらの走査を最下段のラインまで繰り返すことで、断層像の撮影を行っている。
図24(b)のライン2430は、図24(a)に示すライン2420に従って走査した場合の、実際の撮影位置を表している。図24(b)に示すように、実際の撮影位置は、撮影中の眼部の固視微動の影響により、走査ラインの間隔が不均一となっているうえ、走査位置が一定でなくなっているなど、ずれが生じる。
これに対して、撮影中の固視微動の影響を排除し、撮影位置のずれに伴う断層像間の位置ずれを補正するための提案もなされている。例えば、特許文献1では、参照画像(2以上の断層像と直交する1枚の断層像、あるいは眼底画像)を用いて2以上の断層像間の位置ずれを補正する構成が提案されている。
特開2007−130403号公報
A.F. Fercher, C.K. Hitzenberger, G. Kamp, and S.Y. Elzaiat, "Measurement of Intraocular Distances by Backscattering Spectral Interferometry," Optics Communications 117, 43 (1995) E.C.W. Lee, J.F. de Boer, M. Mujat, H. Lim, S.H. Yun, "In vivo optical frequency domain imaging of human retina and choroid",Optics Express Vol.14, No.10 (2006)
しかしながら、上記特許文献1のように、走査位置を原点に戻す過程で利用する参照画像を求めるために、2以上の断層像と直交する方向を算出するためには、算出にあたり有効な特徴量を各断層像から抽出しておく必要がある。一方で、眼部の場合、網膜は層構造を有しており、各断層像と直交する方向を算出するための有効な特徴量に乏しい。このため、上記特許文献1の方法では、断層像間の位置ずれを高精度に補正することが困難であると考えられる。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、断層像撮影装置を用いて撮影された複数の断層像間において、高精度な位置ずれ補正を実現することを目的とする。
上記の目的を達成するために本発明に係る断層像撮影装置は以下のような構成を備える。即ち、
測定対象の3次元断層像を構成する複数の2次元断層像間の位置ずれを補正する断層像撮影装置であって、
前記複数の2次元断層像それぞれについて、隣接する2次元断層像との間に連続して含まれる、前記測定対象の組織を示す特徴量を抽出する抽出手段と、
前記抽出手段により抽出された特徴量に基づいて、前記複数の2次元断層像の中から、前記複数の2次元断層像間の位置ずれを補正する際に基準となる2次元断層像を選択する選択手段と、
前記選択手段により選択された2次元断層像に対してr番目の2次元断層像(rは1以上の整数)と、(r−1)番目の2次元断層像との位置ずれ量を、該2次元断層像間のマッチングに基づいて算出する算出手段とを備える。
本発明によれば、断層像撮影装置を用いて撮影された複数の断層像間において、高精度な位置ずれ補正を実現することが可能となる。
断層像撮影装置の全体構成を示す図である。 断層像取得部の詳細構成を示す図である。 断層像撮影・補正処理の流れを示すフローチャートである。 再構成された3次元断層像を示す図である。 3次元断層像を構成するB−スキャン像の一例を示す図である。 断層像位置補正処理の詳細を示すフローチャートである。 断層像取得部の詳細構成を示す図である。 測定光の配列を示す図である。 生成されたA−スキャン信号と眼底網膜との関係を示す図である。 断層像撮影・補正処理の流れを示すフローチャートである。 断層像位置補正処理の流れを示すフローチャートである。 断層像撮影装置の全体構成を示す図である。 断層像取得部の詳細構成を示す図である。 複数のB−スキャン像を取得する様子を示す図である。 断層像撮影・補正処理の流れを示すフローチャートである。 網膜層に白斑がある場合の、B−スキャン像を示す図である。 フォーカス位置を変更した様子を示す図である。 測定光の配列を示す図である。 複数の測定光が主走査方向及び副走査方向に走査する様子を示す図である。 断層像撮影装置の全体構成を示す図である。 断層像撮影・走査制御処理の流れを示すフローチャートである。 断層像取得・走査制御処理の流れを示すフローチャートである。 B−スキャン像HBとB−スキャン像LBの一例を示す図である。 眼部の固視微動を説明するための図である。
以下、図面を参照しながら、本発明の各実施形態について説明する。なお、以下の各実施形態では、眼部の網膜層(眼底網膜)を測定対象とする断層像撮影装置について説明するが、本発明に係る断層像撮影装置の測定対象は、眼底網膜に限定されるものではない。
[第1の実施形態]
<1.断層像撮影装置の構成>
図1は、本発明の第1の実施形態に係る断層像撮影装置100の全体構成を示す図である。図1に示すように、断層像撮影装置100は、断層像取得部110と、断層像解析部120と、記憶部130と、断層像選択部140と、断層像位置補正部150と、断層像出力部160とを備える。
断層像取得部110は、測定対象である眼底網膜の3次元断層像の撮影処理を行う。具体的には眼底網膜に測定光を照射し、眼底網膜からの反射光と参照光とを干渉させることにより得られた干渉光を用いて、眼底網膜の3次元断層像を再構成する。なお、断層像取得部110の詳細構成は後述する。
断層像解析部120〜断層像位置補正部150は、断層像取得部110において撮影された3次元断層像を記憶するとともに、3次元断層像を形成する2次元断層像間における固視微動に伴う位置ずれを補正するための処理(断層像位置補正処理)を行う。なお、断層像解析部120〜断層像位置補正部150による断層像位置補正処理の詳細は後述する。
断層像出力部160は、断層像取得部110により撮影された3次元断層像や、断層像解析部120〜断層像位置補正部150において断層像位置補正処理が施された3次元断層像を、モニタに表示したり、ネットワーク等を介して外部に出力したりする。
<2.断層像取得部の構成>
次に、断層像取得部110の構成について説明する。図2は、断層像取得部110の詳細構成を示す図である。
図2に示すように、断層像取得部110では、眼部EBの網膜層(眼底網膜)RT上に、測定光を照射することにより、眼底網膜RTの3次元断層像を撮影する。本実施形態における断層像取得部110では、干渉光を分光して検出した信号をフーリエ変換することにより3次元断層像を再構成する、スペクトラルドメイン方式を採用するものとする。
なお、以降の説明では、図2の紙面に対して垂直な方向をX軸方向とし、X軸方向における測定光の走査を主走査と称することとする。また、図2に示すY軸方向における測定光の走査を副走査と称することとする。また、図2の紙面左右方向(眼部の奥行き方向、つまり測定光の照射方向)をZ軸方向とする。
低コヒーレンス光源であるSLD201から出射された光は、ファイバカプラ202に入射され、ファイバカプラ202にて、測定光Bmと参照光Brとに分離される。このうち、測定光Bmは光ファイバにより走査光学系203に入射され、参照光Brは参照光コリメータ207に入射される。
走査光学系203には、レンズL1が配されており、入射された測定光Bmをガルバノミラー205に集光させる。ガルバノミラー205では、集光された測定光Bmを用いて、測定対象である眼底網膜RTを走査する。
なお、ガルバノミラー205には駆動軸が2軸設けられており、スキャナ制御部204では、眼底網膜RT上において測定光Bmが主走査方向および副走査方向に走査されるよう、当該駆動軸を介してガルバノミラー205を制御する。
ガルバノミラー205より出力された測定光Bmは、レンズL2及び対物光学系206を介して測定対象である眼底網膜RTに到達する。そして、眼底網膜RTにおいて反射し、再び対物光学系206、走査光学系203を介してファイバカプラ202に到達する。
一方、ファイバカプラ202から出射された参照光Brは光ファイバにより参照光コリメータ207を介して参照ミラー208に導かれる。そして、参照ミラー208において反射した後、再びファイバカプラ202に到達し、ここで、眼底網膜RTにおいて反射した測定光Bmと干渉することで、干渉光が生成される。生成された干渉光は信号検出部209に入力される。
信号検出部209では干渉光を検出し、電気信号に変換した後、干渉信号として信号処理部210に出力する。信号処理部210では、干渉信号に対してフーリエ変換等の信号処理を施すことにより、眼底網膜RTのZ軸方向の各部での反射率に対応する1次元の信号(以降A−スキャン信号と称する)を生成することで、眼底網膜RTの3次元断層像を再構成する。再構成された眼底網膜RTの3次元断層像は、断層像解析部120及び記憶部130に送信される。
<3.断層像撮影・補正処理の説明>
次に、断層像撮影装置100における断層像撮影・補正処理の流れについて説明する。図3は、断層像撮影装置100における断層像撮影・補正処理の流れを示すフローチャートである。
図3に示すように断層像撮影・補正処理が開始されると、ステップS310では、不図示のキーボードやマウス等を介して操作者より入力された各種設定情報を取得する。具体的には、測定対象の眼底網膜RT上の部位及び位置(測定位置)、走査速度や走査方向についての指示や、撮影範囲におけるB−スキャン像(詳細は後述する)の枚数、B−スキャン像を構成するA−スキャン信号の本数などの設定情報を取得する。取得した設定情報は、断層像取得部110へ送信する。
ステップS320では、送信された設定情報に基づいて断層像取得部110が3次元断層像の撮影を開始する。
図4は、断層像取得部110が撮影を開始することにより再構成された3次元断層像の一例を示す図である。同図において、401は被検体の眼底網膜の一例を、403は断層像取得部110により生成される眼底網膜401の2次元断層像の一例を示している。また、405aまたは405は、主走査方向(X軸方向)を、406aまたは406は副走査方向(Y軸方向)をそれぞれ示している。更に、408は、A−スキャン信号の奥行き方向(Z軸方向)を示している。
図4に示す2次元断層像403は、断層像取得部110がガルバノミラー205を主走査方向に移動させながら信号処理部210がA−スキャン信号404を1本ずつ再構成することにより生成される。2次元断層像403は「B−スキャン像」と呼ばれ、眼底網膜401に対する奥行き方向とそれに直交する方向(X軸方向)の2次元の断面、すなわち図4に示すX軸方向405およびZ軸方向408で規定される平面における2次元断層像である。なお、402は2次元断層像403の撮影位置を示している。
さらに連続的に副走査方向(Y軸方向)にB−スキャン像の撮影位置402をずらしていくことで(副走査方向に走査することで)、各撮影位置402におけるB−スキャン像がそれぞれ得られる。407は、副走査方向の各撮影位置においてそれぞれ撮影されたB−スキャン像から構成される3次元断層像を示している。このように、副走査方向の各撮影位置402における複数のB−スキャン像を生成することにより3次元断層像が生成される。なお、図4において、Lyは撮影範囲に対するB−スキャン像の枚数を示し、LxはB−スキャン像を構成するA−スキャン信号の本数を示している。また、Lzは、A−スキャン信号のサンプリング数を示している。
断層像取得部110において生成された3次元断層像407(複数のB−スキャン像)は、断層像解析部120に送信されるとともに、記憶部130に送信される。
ステップS330では、断層像解析部120が、B−スキャン像の位置ずれ補正に用いられる特徴量を抽出する。
ここで、眼底網膜401の3次元断層像の場合、眼底網膜401の解剖学的構造はB−スキャン像として撮影されることとなる。すなわち、B−スキャン像より眼底網膜401における組織の形状構造に関する特徴量を抽出し、該特徴量に基づいて当該形状構造の連続性を維持するようB−スキャン像の位置を補正することで、B−スキャン像間の位置ずれを補正することができる。そこで、以下では、眼底網膜401における組織の形状構造として、血管を例に挙げて、ステップS330における特徴量の抽出処理を説明する。
図5(a)は、3次元断層像407を構成するB−スキャン像Tiと、B−スキャン像Tiの血管がない位置におけるA−スキャン信号の一例を示す図である。図5(b)は、3次元断層像407を構成するB−スキャン像Tjと、B−スキャン像Tjの血管がある位置におけるA−スキャン信号の一例を示す図である。
B−スキャン像Ti、Tjにおいて、501は内境界膜を、502は神経線維層境界を、503は網膜色素上皮層を、504は視細胞内節外節接合部を、505は視細胞層を、506は血管領域を、507は血管下の領域をそれぞれ示している。
図5(b)に示すように、血管がある場合、B−スキャン像Tjにおいて血管下の領域507は血管の影となるため全体的に輝度値が低くなり、その周辺の輝度値とのコントラストが大きくなる。B−スキャン像におけるこのような特性に鑑みて、本実施形態では、コントラストの変化があったA−スキャン信号の位置(X軸方向の位置)をB−スキャン像における組織の形状構造に関する特徴量としてB−スキャン像より抽出する。
具体的には、断層像解析部120では、下式(式1)に基づき、3次元断層像407を構成する各B−スキャン像に対してコントラストの変化量g(i,j,k)を計算する。
Figure 2011019576
なお、式1において、f(i,j,k)は3次元断層像407の位置(i,j,k)における画素値である。Lxは3次元断層像407のX軸方向405の画素数(つまり、A−スキャン信号の本数)である。LzはZ軸方向408の画素数(つまり、A−スキャン信号のサンプリング数)、LyはY軸方向406の画素数(つまり、B−スキャン信号の枚数)である。wxとwzは、それぞれX軸方向405とZ軸方向408のコントラスト変化量の重みである。ここでは、wx=1とwz=1とするが、どちらかの方向のコントラストの変化量を優先的に用いる場合には、当該優先的に用いる方向の重みを大きくする。例えば、血管下の領域507とその周囲とのコントラストの変化量を優先的に用いる場合には、wz>>wxとする(例えば、wz=10、wx=0.1とする)。
なお、本実施形態では、特徴量としてコントラストの変化量を用いる場合について説明するが、B−スキャン像内で空間的にその周辺との差異があり、それによりB−スキャン像の位置を特定することが可能な特徴量であればコントラストの変化量に限られない。
例えば、B−スキャン像中のエッジ強度を特徴量として用いるようにしてもよい。その場合、エッジ強度は、ラプラシアンフィルタや、Sobelフィルタ、Cannyフィルタなどを用いて算出される。また、その他の特徴量として、B−スキャン像の空間周波数などを用いるようにしてもよい。
また、本実施形態では、眼底網膜401の3次元断層像407の各B−スキャン像間の位置ずれを補正するにあたり、眼底網膜401の血管に着目することとしたが、本発明はこれに限られない。例えば、白斑などの病変の形状構造も、B−スキャン像におけるコントラストの変化量に影響を与えることから、白斑などの病変の形状構造に着目するようにしてもよい。
断層像解析部120において抽出された特徴量g(i,j,k)は、記憶部130に記憶される。
ステップS340では、断層像選択部140が、各B−スキャン像より抽出された特徴量を対比し、特徴量の値が大きいB−スキャン像を探索し、位置補正用の基準断層像として選択する。具体的には、まず断層像選択部140が、3次元断層像407を構成する各B−スキャン像において、ステップS330において抽出されたコントラストの変化量gを積算した値P(k)を下式(式2)に基づいて計算する。
Figure 2011019576
なお、式2において、P(k)はk番目のB−スキャン像B(k)のコントラストの変化量gの積算値を表している。
そして、下式(式3)に基づいて、最大値P()を持つr番目(rは1以上の整数)のB−スキャン像B(r)を求める。
Figure 2011019576
そして、当該r番目のB−スキャン像B(r)を基準断層像として選択する。基準断層像として選択されたB−スキャン像の番号rは、記憶部130に記憶されるとともに、断層像位置補正部150へ転送される。
ステップS350では、断層像位置補正部150が、ステップS340で選択された基準断層像B(r)と、該基準断層像B(r)に隣接するB−スキャン像との間の位置ずれ補正を行う。そして、順次、隣接するB−スキャン像との間の位置ずれ補正を繰り返していく。これにより、3次元断層像407を構成する各B−スキャン像間における位置ずれが補正されていくこととなる。なお、基準断層像B(r)を用いて位置ずれ補正を繰り返す断層像位置補正処理の詳細フローについては後述する。
断層像位置補正部150により位置ずれ補正された3次元断層像407は、各々のB−スキャン像とその位置補正値(x,z)、すなわちB−スキャン像のXZ平面内の位置補正値とから構成される。
なお、本実施形態では、XZ平面の位置補正値(x,z)について説明したが、Y軸方向の位置補正値を含め、下式(式4)を用いて各B−スキャン像(k)の位置補正値(x,y,z)を算出するように構成してもよい。
Figure 2011019576
ただし、S(k)は、k番目のB−スキャン像の位置補正値(x、y、z)である(本実施形態ではY軸方向での位置ずれ補正を行わないので、yは0となる)。
ステップS360では、記憶部130が、位置ずれ補正された3次元断層像407を記憶する。なお、位置ずれ補正された3次元断層像407を、断層像出力部160を介して不図示の外部データサーバに転送し、当該外部データサーバに記憶するように構成してもよい。
ステップS370では、断層像撮影装置100が、断層像撮影・補正処理を終了する旨の指示を受け付けたか否かを判定する。なお、断層像撮影・補正処理を終了する旨の指示は、不図示のキーボードやマウスを介して入力されるものとする。ステップS370において、断層像撮影・補正処理を終了する旨の指示を受け付けたと判定された場合には、断層像撮影・補正処理を終了する。一方、断層像撮影・補正処理を終了する旨の指示を受け付けていないと判定された場合には、ステップS310に戻り、次の被検体の眼底網膜の断層像撮影・補正処理(あるいは、同一被検体に対する眼底網膜の再度の断層像撮影・補正処理)を実行する。
<4.断層像位置補正処理の説明>
次に、図6を参照しながら、断層像位置補正部150が実行する断層像位置補正処理(ステップS350)の詳細なフローについて説明する。
ステップS610では、ステップS340で選択された基準断層像B(r)を取得する。
ステップS620では、取得した基準断層像B(r)に隣接するB−スキャン像を特定する番号aにr−1を代入する。
ステップS630では、取得した基準断層像B(r)に隣接するB−スキャン像を特定する番号bにr+1を代入する。
ステップS640では、a番目のB−スキャン像B(a)が存在するか否かを判定する。存在すると判定された場合には、ステップS650へ進む。一方、B−スキャン像B(a)が存在しないと判定された場合には、ステップS670へ進む。
ステップS650では、B−スキャン像B(a)とB−スキャン像B(a+1)のX軸方向、Z軸方向の相対的な位置ずれを補正するための位置補正値を算出する。
なお、隣接するB−スキャン像間の位置補正値の算出は、注目領域(以降、ROIと呼ぶ)を決定し、パターンマッチング法を用いて、隣接するB−スキャン像内の同じパターンを検索することで行う。本実施形態ではパターンマッチングにおける類似度として下式(式5)に示すSSD(sum of squares difference)を用いるものとする。
Figure 2011019576
ただし、式5において、CとDは、それぞれ隣接するB−スキャン像B(a+1)とB(a)のROIの画素値であり、i、jはROI内での画素の位置であり、NはROI内の総画素数である。
そして隣接するB−スキャン像(a+1)に対して、ROIをB−スキャン像(a)内において平行移動、すなわちX軸方向とZ軸方向に移動させながら、SSDが最小になる位置を探索する。そして、SSDが最小となる位置における位置ずれ量を、隣接するB−スキャン像(a+1)の位置補正値(x,z)とする。
なお、ROIのサイズは、撮影範囲や測定対象の大きさ等を考慮してあらかじめ決定されているものとする。例えば、128×128画素数などのように固定値としてもよいし、B−スキャン像全体の中心の3分の2などのように変動値としてもよい。
なお、本実施形態では、SSDを用いて位置補正値を算出することとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、相互情報量法や相互相関係数など、その他の公知の技術によってB−スキャン像の位置補正値の算出を行ってもよい。
算出された位置補正値(x,z)は、B−スキャン像B(a)に付加され、記憶部130に記憶される。
ステップS660では、位置補正値の算出対象を次のB−スキャン像に移行させるため、a=a−1を計算する。
ステップS670では、b番目のB−スキャン像B(b)が存在するか否かを判定する。存在すると判定された場合には、ステップS680へ進む。一方、B−スキャン像B(b)が存在しないと判定された場合には、ステップS695へ進む。
ステップS680では、B−スキャン像B(b)とB−スキャン像B(b−1)のX軸方向の位置補正値及びZ軸方向の位置補正値を算出する。ここで行われる位置補正値の算出は、ステップS650で行った位置補正値の算出と同じであるため、ここでは説明を省略する。
算出された位置補正値(x,z)は、B−スキャン像B(b)に付加され、記憶部130に記憶される。
ステップS690では、位置補正値の算出対象を次のB−スキャン像に移行させるため、b=b+1を計算する。
ステップS695では、3次元断層像407を構成する全てのB−スキャン像について位置補正値の算出が完了したか否かを判定する。まだ、位置補正値の算出がなされていないB−スキャン像があると判定された場合には、ステップS640へ戻る。一方、3次元断層像407を構成するすべてのB−スキャン像について位置補正値の算出が完了したと判定された場合には、断層像位置補正処理を終了する。
なお、本実施形態では、位置補正値(x,y,z)をそれぞれのB−スキャン像B(y)に付加して記憶する構成とした。しかしながら、本発明はこれに限定されず、例えばB−スキャン像内(XZ面)の各画素(x,z)について位置ずれ補正を行い、位置ずれ補正後のB−スキャン像B(y)を記憶するように構成してもよい。
また、本実施形態では、断層像取得部110から3次元断層像を取得して断層像位置補正処理を実行する構成とした。しかしながら、本発明はこれに限定されず、既に記憶部130に記憶されている3次元断層像や不図示のデータサーバに記憶されている3次元断層像を読み出して断層像位置補正処理を実行するように構成してもよい。
以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る断層像撮影装置では、3次元断層像を構成する複数のB−スキャン像のうち、組織の形状構造に関する特徴量の積算値が大きいB−スキャン像を、基準となるB−スキャン像として選択する構成とした。また、該選択したB−スキャン像と隣接するB−スキャン像について、該選択したB−スキャン像に一致するように(形状構造の連続性が維持されるように)、パターンマッチングにより位置ずれ補正を行う構成とした。更に、位置ずれ補正されたB−スキャン像と更に隣接するB−スキャン像について、該位置ずれ補正されたB−スキャン像に一致するように(形状構造の連続性が維持されるように)、該更に隣接するB−スキャン像について位置ずれ補正を行う構成とした。
そして、これらの位置ずれ補正を繰り返していくことにより、3次元断層像を構成する複数のB−スキャン像間におけるすべての位置ずれを補正する構成とした。
この結果、本実施形態によれば、高精度な位置ずれ補正を実現することが可能となった。
[第2の実施形態]
上記第1の実施形態では、B−スキャン像を基準断層像として3次元断層像を構成する各B−スキャン像間の位置ずれ補正を行う構成としたが、基準断層像はB−スキャン像に限定されるものではない。例えば、連動して(一体的に)走査される複数の測定光を同時に照射することで複数の3次元断層像を同時に撮影する場合にあっては、基準断層像としていずれかの3次元断層像を選択するように構成してもよい。この場合、基準断層像として選択された3次元断層像(基準3次元断層像)を構成する各B−スキャン像間の位置ずれについては、上記第1の実施形態において説明した方法を用いて、位置ずれ補正を行っていくものとする。一方で、基準3次元断層像以外の3次元断層像については、複数の測定光間における照射位置の相対位置関係を用いて、位置ずれ補正された基準3次元断層像に基づいて、位置ずれ補正を行っていくものとする。以下、本実施形態の詳細について説明する。
なお、本実施形態に係る断層像撮影装置の基本構成は、上記第1の実施形態において図1を用いて説明した断層像撮影装置100の構成と同じあるため、説明は省略する。ただし、本実施形態の場合、断層像取得部の詳細構成が上記第1の実施形態と異なっている。このため、以下では、断層像取得部の詳細構成について説明するとともに、当該断層像取得部の詳細構成の違いに伴う断層像撮影・補正処理及び断層像位置補正処理の違い等について説明することとする。
<1.断層像取得部の詳細構成>
図7は、本実施形態に係る断層像撮影装置100を構成する断層像取得部700の詳細構成を示す図である。図7に示すように、断層像取得部700では、低コヒーレンス光源であるSLD201から出射された光が、ビームスプリッタ701において3本の光束に分割され、ファイバカプラ202に入射される。ファイバカプラ202では、入射された光束を測定光束Bmと参照光束Brとに分離する。このうち、測定光束Bmについては光ファイバにより走査光学系203に入射され、参照光束Brについては参照光コリメータ207に入射される。
走査光学系203には、レンズL1が配されており、入射された測定光束Bmをガルバノミラー205に集光させる。ガルバノミラー205では、集光された測定光束Bmを用いて、測定対象である眼底網膜RTを走査する。
なお、走査光学系203は、不図示の測定光配列変更部により、入射された測定光束Bmを構成する3本の測定光の、眼底網膜RTに対する入射配列を任意に変更できるよう構成されているものとする。
図8は走査光学系203に入射された測定光束Bmの入射配列を示した図である。このうち、図8(a)は測定光束Bmを構成する3つの測定光p1、p2およびp3が主走査方向に対して垂直に入射された場合を、図8(c)は水平に入射された場合をそれぞれ示している。また、図8(b)および(d)は眼底網膜RT上での各測定光p1〜p3の主走査方向における配列を示している。
図7に戻る。ガルバノミラー205には駆動軸が2軸設けられており、スキャナ制御部204では、眼底網膜RT上において測定光束Bmが主走査方向および副走査方向に走査されるよう、当該駆動軸を介してガルバノミラー205を制御する。
ガルバノミラー205より出力された測定光束BmはレンズL2及び対物光学系206を介して測定対象である眼底網膜RTに到達する。そして、眼底網膜RTにおいて反射し、再び対物光学系206、走査光学系203を介してファイバカプラ202に到達する。
一方、ファイバカプラ202から出力された参照光束Brは、光ファイバにより参照光コリメータ207を介して参照ミラー208に導かれる。そして、参照ミラー208において反射した後、再びファイバカプラ202に到達し、ここで、眼底網膜RTにおいて反射した測定光束Bmを構成する3つの測定光とそれぞれ干渉することで、3つの干渉光が生成される。生成された3つの干渉光は信号検出部209に入力される。
信号検出部209では3つの干渉光を検出し、電気信号に変換した後、3つの干渉信号として信号処理部210に出力する。信号処理部210では、3つの干渉信号それぞれに対してフーリエ変換等の信号処理を施すことにより、眼底網膜RTのZ軸方向の各部での反射率に対応する3つのA−スキャン信号を生成する。
図9は、図8(c)に示す水平配列における3つの測定光束Bmに基づいて生成された3つのA−スキャン信号AS1、AS2及びAS3を眼底網膜RTとともに示した図である。
図9(a)に示すように、断層像取得部700では、複数の測定光p1〜p3を主走査方向に走査しながらA−スキャン信号AS1、AS2及びAS3を生成することにより、それぞれ、対応するB−スキャン像BS1、BS2及びBS3を生成する。
図9(b)のV(1)、V(2)、V(3)は、それぞれ測定光p1、p2およびp3に基づいて生成された3次元断層像であり、眼底網膜RT上での撮影範囲を表している。
ここで、それぞれの測定光に基づいて生成されたA−スキャン信号AS1、AS2およびAS3の、眼底網膜RT上の相対位置関係(オフセット量)は既知である。このため、眼底網膜RT上の撮影位置(つまり、各測定光の照射位置)をa、bとすると下式(式6、式7)が成り立つ。
Figure 2011019576
なお、上式において、△x(a,b)と△y(a,b)は、A−スキャン信号aとA−スキャン信号bの撮影範囲における相対位置関係(オフセット量)でもある。
<2.断層像撮影・補正処理の説明>
次に本実施形態に係る断層像撮影装置における断層像撮影・補正処理の流れについて説明する。図10は、本実施形態に係る断層像撮影装置における断層像撮影・補正処理の流れを示すフローチャートである。
図10に示すように断層像撮影・補正処理が開始されると、ステップS1010では、不図示のキーボードやマウス等を介して操作者より入力された各種設定情報を取得し、断層像取得部700へ送信する。
なお、設定情報の詳細は、上記第1の実施形態において既に説明済みであるため、ここでは説明を省略する。ただし、本実施形態に係る断層像撮影装置の場合、上記第1の実施形態において説明した設定情報に加え、更に、測定光の数(例えば、“3”)、測定光の配列(例えば、“水平配列”)等の指示も合わせて取得し、断層像取得部700へ送信する。
ステップS1020では、送信された設定情報に基づいて断層像取得部110が3次元断層像の撮影を開始する。
なお、断層像取得部700により再構成される3次元断層像は、上記第1の実施形態において図4を用いて説明済みであるため、ここでは説明を省略する。ただし、本実施形態に係る断層像撮影装置の場合、3つのA−スキャン信号それぞれに基づいて、並列して3つの3次元断層像が再構成される。断層像取得部700において生成された3次元断層像V(1)、V(2)、V(3)は、断層像解析部120に送信されるとともに、記憶部130に送信される。
ステップS1030では、断層像解析部120が、各3次元断層像を構成するB−スキャン像の位置ずれ補正に用いられる特徴量を抽出する。なお、特徴量の抽出についての詳細は、上記第1の実施形態において説明済みであるため、ここでは説明を省略する。断層像解析部120において抽出された特徴量は、記憶部130に記憶される。
ステップS1040では、断層像選択部140が、B−スキャン像から抽出された特徴量を各3次元断層像ごとに対比し、特徴量の積算値が大きい3次元断層像を探索することで、基準3次元断層像を選択する。
具体的には、まず断層像選択部140が、ステップS1010で取得された各3次元断層像のそれぞれのB−スキャン像において、ステップS1030で抽出されたコントラストの変化量gを積算した値p(w)を下式(式8)に基づいて計算する。なお、wは、w番目の3次元断層像であることを表しており(0<=w<Lw)、P(w)はw番目の3次元断層像のコントラストの変化量g(i,j,k)の積算値を表している。
Figure 2011019576
なお、Lwは、3次元断層像の数であって、本実施形態ではLw=3である。
そして、下式(式9)に基づいて、最大値P()をもつr番目の3次元断層像V(r)を求める。
Figure 2011019576
そして、当該r番目の3次元断層像を基準3次元断層像として選択する。基準3次元断層像として選択された3次元断層像の番号rは、記憶部130に記憶されるとともに、断層像位置補正部150へ転送される。
ステップS1050では、断層像位置補正部150が、ステップS1040で選択された基準3次元断層像V(r)を構成する各B−スキャン像の位置ずれ補正を行う。続いて、基準3次元断層像V(r)以外の3次元断層像について、基準3次元断層像V(r)との相対位置関係に基づいて位置ずれ補正を行う(なお、断層像位置補正処理の詳細フローは後述する)。
このように、はじめに基準3次元断層像V(r)について位置ずれ補正を行うのは次のような理由によるものである。上記第1の実施形態において説明したように、眼底網膜の3次元断層像の場合、眼底網膜の解剖学的構造はB−スキャン像として撮影されることとなる。一方で、眼底網膜の層構造は、Z軸方向には変化が多くX軸方向には変化が少ないという特徴を有している。このため、X軸方向に変化の多い網膜組織の形状構造に関する特徴量が抽出された3次元断層像が、最も精度よく位置ずれ補正を行うことができる3次元断層像となるということができる。換言すると、ステップS1040において選択された3次元断層像(つまり、基準3次元断層像)が、複数の3次元断層像の中で最も精度よく位置ずれ補正を行うことができる3次元断層像となる。一方で、本実施形態の場合、最初に位置ずれ補正した3次元断層像以外の他の3次元断層像については、相対位置関係に基づいて位置ずれ補正を行う。このため、最初の位置ずれ補正を高精度に行っておくことが、他の3次元断層像の位置ずれ補正を高精度に行うことにつながってくる。そのため、はじめに基準3次元断層像V(r)について位置ずれ補正を行うこととしている。
図10に戻る。ステップS1060では、記憶部130が、位置ずれ補正された3次元断層像を記憶する。
ステップS1070では、断層像撮影装置100が、断層像撮影・補正処理を終了する旨の指示を受け付けたか否かを判定する。なお、断層像撮影・補正処理を終了する旨の指示は、不図示のキーボードやマウスを介して入力されるものとする。ステップS1070において、断層像撮影・補正処理を終了する旨の指示を受け付けたと判定された場合には、断層像撮影・補正処理を終了する。一方、断層像撮影・補正処理を終了する旨の指示を受け付けていないと判定された場合には、ステップS1010に戻り、次の被検体の眼底網膜の断層像撮影・補正処理(あるいは、同一被検体に対する眼底網膜の再度の断層像撮影・補正処理)を実行する。
<3.断層像位置補正処理の説明>
次に、図11を参照しながら、本実施形態における断層像位置補正処理(ステップS1050)の詳細フローについて説明する。
ステップS1110では、ステップS1040で選択された基準3次元断層像V(r)を取得し、基準3次元断層像V(r)を構成する各B−スキャン像間の位置ずれ補正を行う。なお、基準3次元断層像V(r)を構成する各B−スキャン像間の位置ずれ補正のための断層像撮影装置における動作は、上記第1の実施形態において図3を用いて説明したステップS310からステップS360に示す断層像撮影装置における動作と同じである。このため、ここでは説明を省略する。
ステップS1120以降では、ステップS1110における基準3次元断層像V(r)の位置ずれ補正の結果を用いて、基準3次元断層像V(r)以外の3次元断層像の位置ずれ補正を行っていく。なお、上述したように位置ずれ補正を行うにあたり、それぞれの測定光が照射している眼底網膜上の照射位置についての相対位置関係(オフセット量)は既知であるものとする。
ステップS1120では、ステップS1040で選択された基準3次元断層像V(r)以外の3次元断層像V(w)を記憶部130から読み込む。
ステップS1130では、3次元断層像V(w)と基準3次元断層像V(r)と、照射位置についての相対位置関係△x(r,w)及び△y(r,w)とを記憶部130から読み込む。
ステップS1140では、基準3次元断層像V(r)のそれぞれのB−スキャン像の位置ずれ補正の結果を用いて、対応する3次元断層像V(w)のB−スキャン像の位置ずれ補正を下式(式10)に基づいて行う。
Figure 2011019576
ただし、上式において、kは、3次元断層像のk番目のB−スキャン像であることを示している(0<=k<Ly)。また、△x(r,w)、△y(r,w)、△z(r,w)は基準3次元断層像V(r)と3次元断層像V(w)とがそれぞれ生成される際に照射された各測定光の照射位置の相対位置関係(オフセット量)を示している。なお、本実施形態では、△z(r,w)=0となる。
ステップS1150では、まだ位置ずれ補正が行われていない3次元断層像があるか否かを判定する。ステップS1150において、あると判定された場合には、ステップS1120へ戻る。一方、すべての3次元断層像について位置ずれ補正が完了したと判定された場合には、、断層像位置補正処理を終了する。
以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る断層像撮影装置では、複数の測定光を用いて並列して撮影することで得られた複数の3次元断層像の中から、位置ずれ補正に適した基準3次元断層像を選択する構成とした。そして、当該基準3次元断層像を構成するB−スキャン像については、上記第1の実施形態と同様の位置ずれ補正を行う構成とした。さらに、当該基準3次元断層像以外の3次元断層像については、当該基準3次元断層像についての位置ずれ補正の結果を用いて、相対位置関係に基づいて位置ずれ補正を行う構成とした。
この結果、3次元断層像における複数のB−スキャン像間における位置ずれを高い精度で補正することが可能となった。
[第3の実施形態]
上記第2の実施形態では、位置ずれ補正に適した基準3次元断層像を1つ選択する構成とした。しかしながら、通常、3次元断層像内における特徴量の値は均一ではなく、特徴量の値には偏りがある。このため、基準3次元断層像内であっても特徴量の値の小さい領域については、位置ずれ補正の精度が低下してしまう可能性がある。一方、基準3次元断層像内の領域によっては、他の3次元断層像内の対応する領域の方が、特徴量の値が大きくなっている領域もありえる。
そこで、本実施形態では、複数の3次元断層像をそれぞれ複数の領域に分割し、特徴量の値が大きい領域を基準領域断層像として選択し、当該基準領域断層像に基づいて、他の3次元断層像における対応する領域の位置ずれ補正を行うこととする。
なお、本実施形態に係る断層像撮影装置の基本構成は、上記第1の実施形態において図1を用いて説明した断層像撮影装置の構成と同じであるため、説明は省略する。また、本実施形態に係る断層像撮影装置における断層像撮影・補正処理の流れは、上記第2の実施形態と基本的に同じであるため、以下では、相違点(ステップS1040とステップS1050)について説明する。
<断層像撮影・補正処理>
ステップS1040では、断層像選択部140が、複数の3次元断層像の対応する領域の中から特徴量の値が最も大きい基準領域断層像を探索する。
具体的には、まず、測定光束Bmを構成する3つの測定光それぞれより抽出されたA−スキャン信号AS1、AS2及びAS3に基づいて生成された3次元断層像V(1)、V(2)、V(3)をそれぞれn個(nは2以上の整数)の領域に分割する。本実施形態では、V(1)、V(2)及びV(3)は128枚のB−スキャン像により構成されており(Ly=128)、nは4であると仮定する。このため、ここでは12個の領域断層像VR(a,b)が得られる。なお、aは3次元断層像の番号a(a={1,2,3})を、bは、各3次元断層像のb番目の領域(b={1,2,3,4})を示しているものとする。
ここで、領域ごとに独立して位置ずれ補正をすると領域間の相対位置にずれが残ることに鑑みて、本実施形態に係る断層像撮影装置では、3次元断層像の領域の連続性を維持すべく、隣り合う領域に、共通のB−スキャン像を入れている。すなわち、
V(a,1)は、1番目から33番目のB−スキャン像で構成する。
V(a,2)は、33番目から65番目のB−スキャン像で構成する。
V(a,3)は、65番目から97番目のB−スキャン像で構成する。
V(a,4)は、97番目から128番目のB−スキャン像で構成する。
次に、式8と同様に、領域単位で特徴量の積算値P(w,b)を行う。ただし、本実施形態では、b番目の領域の範囲で積算を行う。そして、それぞれのb番目の領域で、最大の積算値Pを持つ領域を下式(式11)を用いて求める。
Figure 2011019576
なお、V(r,b)はr番目の3次元断層像がb番目の領域(bは1〜nのいずれか)に関して、基準領域断層像として選択されることを示している。それぞれのb番目の領域(b={1,2,3,4})について選択された基準領域断層像の番号rは、記憶部130に転送されるとともに、断層像位置補正部150へと転送される。
ステップS1050では、断層像位置補正部150が、ステップS1040で選択されたb番目の領域毎の基準領域断層像V(r,b)を構成する各B−スキャン像の位置ずれ補正を行う。そして、その結果を用いてその他の3次元断層像の対応する領域の位置ずれ補正を行う。本実施形態で行う3次元断層像の位置ずれ補正は、第2の実施形態の図11に示す断層像位置補正処理と基本的に同じであるため、ここでは説明を省略する。ただし、本実施形態では、各領域断層像単位でその処理を行う。
以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る断層像撮影装置では、複数の測定光を用いて並列して撮影することで得られた複数の3次元断層像をそれぞれ複数の領域に分割する構成とした。そして、それぞれの領域から、位置ずれ補正に適した基準領域断層像を選択する構成とした。更に、基準領域断層像を構成するB−スキャン像については、上記第1の実施形態と同様の位置ずれ補正を行う構成とした。一方、他の3次元断層像であって、当該基準領域断層像に対応する領域を構成するB−スキャン像については、当該基準領域断層像についての位置ずれ補正の結果を用いて、相対位置関係に基づいて位置ずれ補正を行う構成とした。
これにより、3次元断層像における複数のB−スキャン像間における位置ずれを高い精度で補正することが可能となった。
[第4の実施形態]
上記第2の実施形態では、位置ずれ補正に適した基準3次元断層像を特徴量に基づいて検索する構成としたが本発明はこれに限定されない。例えば、位置ずれ補正に適した基準3次元断層像を生成可能な測定光(基準測定光)を別途出射し、該基準測定光に基づいて生成された3次元断層像を基準3次元断層像として選択するように構成してもよい。以下、本実施形態の詳細について説明する。
<1.断層像撮影装置の構成>
図12は、本発明の第4の実施形態に係る断層像撮影装置1200の全体構成を示す図である。図12に示すように、断層像撮影装置1200は、断層像取得部1210と、記憶部130と、断層像選択部140と、断層像位置補正部150と、断層像出力部160と、測定光設定部1270とを備える。
なお、断層像撮影装置1200において、断層像取得部1210は、照射条件に応じた複数の測定光を測定対象に照射できるよう構成されているものとする。また、測定光設定部1270は、断層像取得部1210より出射される測定光の種々の照射条件(測定位置、測定感度、解像度等)を設定できるよう構成されているものとする。
<2.断層像取得部の詳細構成>
図13は、本実施形態に係る断層像撮影装置1200を構成する断層像取得部1210の詳細構成を示す図である。なお、本実施形態に係る断層像取得部1210の構成は、上記第2の実施形態において図7を用いて説明した断層像取得部700と基本的に同じであるため、ここでは、相違点を中心に説明する。
図7に示す断層像取得部700との相違点は、SLD201とは異なる光を出射するSLD1301が追加されている点と、SLD201より出射された光が、ビームスプリッタ701において2本の光束に分割されている点である。
これにより、ファイバカプラ202には、SLD1301から出射された1本の光と、SLD201から出射されビームスプリッタ701において分割された2本の光とから構成される3本の光束が入射される。なお、本実施形態において、SLD201(第2の照射手段)から出射される光は、例えば、840nmの波長からなる光である。また、SLD1301(第1の照射手段)から出射される光は、例えば、1050nmの波長からなる光(基準測定光)である。
3本の光束が入射されたファイバカプラ202では、入射された光束を測定光束Bmと参照光束Brとに分離する。このうち、測定光束Bmについては光ファイバにより走査光学系203に入射される(p1’、p2’、p3’)。
走査光学系203には、レンズL1が配されており、入射された測定光束Bmをガルバノミラー205に集光させる。ガルバノミラー205では、集光された測定光束Bmにより、測定対象である眼底網膜RT上を走査する。
図14は、走査光学系203より出射された測定光束Bmが、測定対象である眼底網膜RT上を走査することで、B−スキャン像を取得する様子を示した図である。図14(a)に示すように、走査光学系203より出射された測定光束Bmは、3本の測定光束が主走査方向に平行に移動する。なお、このとき生成されるB−スキャン像と測定光束Bmを構成する各測定光との関係は図14(b)に示すとおりである。上述したように、測定光束Bmのうち、測定光p1’は、測定光p2’、p3’に比べて波長が長いため、測定光p2’、p3’よりも深い領域まで到達する。
ここで、眼底網膜RTにおいては、深い領域に脈絡膜と呼ばれるより太い血管が走行している。このため、測定光p1’に基づいて生成されるB−スキャン像は、測定光p2’、p3’に基づいて生成されるB−スキャン像に比べ、コントラストの大きいB−スキャン像となる。
通常、眼底検査においては、脈絡膜より上の網膜層を高精細に撮影することが望ましいが、網膜層は形状的には層構造であるため、X軸方向に沿った変化に乏しく、位置ずれ補正を行うための特徴量を捉えにくい。
これに対して、波長の長い測定光(基準測定光)は、脈絡膜を含むB−スキャン像を撮影することができるため、X軸方向に特徴を有するB−スキャン像を生成することができる。つまり、B−スキャン像間の位置ずれ補正を精度よく行うために有効な特徴量を抽出することが可能となる。
<3.断層像撮影・補正処理の説明>
次に本実施形態に係る断層像撮影装置における断層像撮影・補正処理の流れについて説明する。図15は、本実施形態に係る断層像撮影装置における断層像撮影・補正処理の流れを示すフローチャートである。
図15に示すように、断層像撮影・補正処理が開始されると、ステップS1510では、不図示のキーボードやマウス等を介して操作者より入力された各種設定情報を取得し、断層像取得部1210へ送信する。
なお、設定情報の詳細は、上記第1及び第2の実施形態において既に説明しているため、ここでは説明を省略する。ただし、本実施形態に係る断層像撮影装置の場合、上記第2の実施形態において説明した設定情報に加え、更に、各測定光の照射条件に関する設定情報を取得し送信するものとする。
具体的には、3本の測定光のうちの1本の測定光の波長が、他の2本の測定光の波長よりも長くなるように設定された照射条件を取得し送信する。また、対物光学系206のフォーカス位置として、当該長い波長が設定された測定光のフォーカス位置が、深度方向(Z軸方向)に深い位置に設定された照射条件を取得し送信する。
ステップS1520では、送信された設定情報に基づいて断層像取得部1210が3次元断層像の撮影を開始する。なお、断層像取得部1210により生成される3次元断層像は、上記第2の実施形態において説明済みであるため、ここでは説明を省略する。ただし、本実施形態に係る断層像撮影装置の場合、3本の測定光のうち、測定光p2’及びp3’に基づいて生成されたA−スキャン信号は平均化処理される。このため、測定光p2’及びp3’に基づいて1つのB−スキャン像が生成される。一方、測定光p1’に基づいて生成されたA−スキャン信号からは、1つのB−スキャン像が生成され、生成されたこれらのB−スキャン像はそれぞれ3次元断層像として記憶部130に送信される。
このように2本の測定光p2’及びp3’に基づいて生成されたA−スキャン信号を平均化処理することで、より高いSN比のB−スキャン像を生成することが可能となる。
ステップS1530では、断層像選択部140が、測定光(基準測定光)p1’に基づいて再構成された3次元断層像を基準3次元断層像として選択し、該選択結果を断層像位置補正部1250に対して送信する。これにより、脈絡膜のコントラストが大きく、位置ずれ補正に適した3次元断層像を基準3次元断層像とすることができる。
ステップS1540では、基準3次元断層像を構成する各B−スキャン像間の位置ずれ補正を行う。続いて、2本の測定光p2’及びp3’に基づいて生成された3次元断層像の位置ずれ補正を、相対位置関係に基づいて行う。なお、これらの位置ずれ補正は、上記第2の実施形態において、図11を用いて説明済みであるため、ここでは、説明を省略する。
また、ステップS1550及びステップS1560における処理は、上記第2の実施形態におけるステップS1060及びステップS1070と同じであるため、ここでは説明を省略する。
以上の説明から明らかなように、本実施形態では、測定対象の撮影に適した測定光に加え、位置ずれ補正に適した(位置ずれ補正に有効な特徴量が含まれる)3次元断層像を生成可能な波長の長い測定光(基準測定光)を、別途、出射する構成とした。
これにより、位置ずれ補正に適した3次元断層像を生成することが可能となり、当該3次元断層像の位置ずれ補正の結果を用いて、相対位置関係に基づいて他の3次元断層像の位置ずれ補正を行うことが可能となった。
なお、本実施形態においては測定光束を構成する測定光の数を3本としているが、本発明は3本に限定されるものではない。測定光束は位置ずれ補正に適した3次元断層像を生成可能な波長の長い測定光(基準測定光)を少なくとも1本含む任意の本数により構成することが可能である。
また、本実施形態においては、位置ずれ補正に適した3次元断層像を生成可能な波長の長い測定光(基準測定光)に基づいて生成された3次元断層像を基準3次元断層像として選択する構成としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、測定対象の撮影に適した測定光に基づいて生成された3次元断層像と、位置ずれ補正に適した波長の長い測定光(基準測定光)に基づいて生成された3次元断層像のうち、より位置ずれ補正に適している方を適宜選択するように構成してもよい。
これは、網膜層に白斑のような病変があり、基準測定光が、脈絡膜まで到達できないような場合に特に有効な構成となる。図16は、網膜層に白斑があり、基準測定光(波長=1050nm)が脈絡膜まで到達できない様子を示した図である。このように、基準測定光が脈絡膜の3次元断層像を撮影することができない場合、当該基準測定光に基づいて生成された3次元断層像を基準3次元断層像として用いたとしても、精度の高い位置ずれ補正を行うことができない。
一方で、網膜層に白斑のような病変があると、測定対象の撮影に適した測定光(波長=840nm)に基づいて生成された3次元断層像には、位置ずれ補正に有効な特徴量が含まれることとなる。このような場合には、当該測定対象の撮影に適した測定光に基づいて生成された3次元断層像を基準3次元断層像として選択することで、位置ずれ補正の精度を向上させることが可能となる。
また、本実施形態では、測定光束に波長の異なる測定光が含まれる場合であっても、対応する参照光束を反射する参照ミラーは、共通の参照ミラーを用いる構成としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、波長の長い参照光を反射させる参照ミラーを別途設ける構成としてもよい。これにより、波長の長い測定光(基準測定光)のコヒーレンスゲートの位置を他の測定光のコヒーレンスゲートの位置よりもより深い位置に設定することが可能となる。具体的には、より脈絡膜に近い領域にコヒーレンスゲートが位置するように、波長の長い参照光を反射させる参照ミラーの可動範囲を調整することが可能となる。
また、本実施形態では、測定光束に波長の異なる基準測定光が含まれる場合であっても、対物光学系206により集光される各測定光のフォーカス位置は、共通としたが本発明はこれに限定されない。例えば、波長の長い基準測定光のフォーカス位置を、他の測定光のフォーカス位置よりも遠くに設定するように構成してもよい。
図17は、波長の異なる測定光間で、フォーカス位置を変更した様子を示す図である。図17において、(A)は網膜層を示しており、(B)は脈絡膜を示している。図17の場合、測定光p2”のフォーカス位置を網膜層としている。また、測定光p1”のフォーカス位置を脈絡膜としている。
フォーカス位置では測定光が最も絞られ、測定分解能が高くなると同時に、コントラストも大きくなる。図17の例のように、測定光p1”のフォーカス位置を脈絡膜にすることで、脈絡膜のB−スキャン像の解像度とコントラストを向上させることが可能となる。この結果、より精度の高い断層像の位置ずれ補正を行うことが可能となる。
[第5の実施形態]
上記第2の実施形態では、複数の測定光がそれぞれ別々の領域を走査するように構成し、それぞれ別々の3次元断層像を構成する場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、連動して走査する複数の測定光を、副走査方向の第1列目と第2列目とに分けて配列し、第2列目に配列された測定光により前回照射された副走査位置と、第1列目に配列された測定光により今回照射された副走査位置とが同じになるように構成する。そして、前回の副走査位置において第2列目の測定光により生成されたB−スキャン像と、今回の副走査位置において第1列目の測定光により生成されたB−スキャン像とを取得する構成とする。これにより、これらのB−スキャン像(同じ位置に異なるタイミングで照射された測定光に基づいて生成されたB−スキャン像)に基づいて、位置ずれ補正を行うことが可能となる。
以下、本実施形態の詳細について説明する。なお、本実施形態に係る断層像撮影装置の基本構成は上記第2の実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。ただし、断層像取得部700の走査光学系203の詳細構成が異なっているため、ここでは、走査光学系203について説明する。
図18は、本実施形態に係る断層像撮影装置における走査光学系203により出射される測定光の配列を示した図である。図18(a)に示すように、本実施形態に係る断層像撮影装置の場合、測定光束Bmは4つの測定光から構成される。また、図18(b)に示すように、4つの測定光のうち、測定光p1〜p3(第2の測定光)は主走査方向に水平に配列され、測定光p4(第1の測定光)は、測定光p1〜p3に対して、副走査方向にずらして配列されるものとする。
図19は、このような配列のもとで、測定光p1〜p4を主走査方向及び副走査方向に走査していく様子を示した図である。図19(a)において、1900は眼底網膜RTにおける撮影領域を示しており、各測定光p1〜p4は、撮影領域1900内を走査する。Wは、撮影領域1900におけるX軸方向(主走査方向)のA−スキャン信号の本数を、DはY軸方向(副走査方向)のB−スキャン像の枚数を示している。また、sは測定光p1〜p3の照射位置と、測定光p4の照射位置とのオフセット量(副走査方向のオフセット量)を示している。
図19(a)に示すように、各測定光p1〜p4を主走査方向に走査させることで、各測定光に基づいて、X軸方向(主走査方向)に、それぞれW個のA−スキャン信号が生成される。
ここで、測定光p1〜p3は水平に配列されているため、主走査方向に走査する際、所定の時間差で同じ位置を走査することとなる。そこで、同じ位置を走査した際のA−スキャン信号については、平均化処理を施し、ノイズを軽減させる。この結果、測定値p1〜p3に基づいてSN比の高い高画質なB−スキャン像を生成することができる(第2の生成手段)。ここでは、このようにして生成された高画質のB−スキャン像をHB(py)と称することとする。なお、pyは、眼底網膜上での副走査方向の走査位置を示している。
一方、測定光p4は、測定光p1〜p3と副走査方向にずれて配列されているため、他の測定光により生成されたA−スキャン信号との間で平均化処理を行うことはできない。このため、測定光p4に基づいて生成されるB−スキャン像は低画質なB−スキャン像となる(第1の生成手段)。なお、このようなB−スキャン像をLB(py)と称することとする。
図19(b)は、図19(a)に示す測定光p1〜p4による主走査方向への走査が完了した後、副走査方向に移動した様子を示している。
図19(b)に示すように、測定光p1〜p4における副走査方向の移動量はsである。つまり、前回の主走査方向の走査において、測定光p1〜p3が走査した副走査位置を、今回の主走査方向の走査において、測定光p4が走査することとなる。この結果、LB(py+s)とHB(py)は、副走査方向において同じ位置におけるB−スキャン像となる。
副走査方向の移動量(s)をこのように設定することで、B−スキャン像LB(py+s)と、B−スキャン像HB(py)とを用いてB−スキャン像HB(py+s)の位置ずれ補正を行うことが可能となる。
以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る断層像撮影装置では、複数の測定光を副走査方向に複数配列する構成とした。また、副走査方向の測定光の照射位置のオフセット量を、副走査方向の移動量と略等しくなるように構成した。
これにより、前回の副走査位置において第m列目(mは1以上の整数)の測定光により生成されたB−スキャン像と、今回の副走査位置において第m−1列目の測定光により生成されたB−スキャン像とを対比することが可能となった。そしてこれらのB−スキャン像の対比に基づいて算出される位置補正値を用いて、今回の副走査位置において第m列目の測定光により生成されたB−スキャン像の位置ずれ補正を行うことが可能となった。
この結果、3次元断層像における複数のB−スキャン像間における位置ずれを高い精度で補正することが可能となった。
[第6の実施形態]
上記第5の実施形態では、前回の副走査位置におけるB−スキャン像と今回の副走査位置におけるB−スキャン像とに基づいて算出された位置補正値を用いて、B−スキャン像の位置ずれ補正を行う構成としたが、本発明はこれに限定されない。たとえば、算出された位置補正値を用いて、今回の副走査位置における測定光の走査速度や走査位置を制御するように構成してもよい。以下、本実施形態の詳細について説明する。
<1.断層像撮影装置の構成>
図20は、本発明の第6の実施形態に係る断層像撮影装置2000の全体構成を示す図である。図20に示すように、断層像撮影装置2000は、断層像取得部1210と、断層像解析部120と、記憶部130と、断層像選択部140と、断層像位置補正部150と、断層像出力部160と、断層像取得制御部2080とを備える。
なお、断層像取得部1210の詳細は、上記第4の実施形態において図13を用いて説明済みであるため、ここでは説明を省略する。断層像取得制御部2080は、断層像位置補正部150において算出された位置補正値に基づいて、断層像取得部1210より出射される測定光の走査速度や走査位置を制御する。
<2.断層像撮影・走査制御処理の説明>
次に本実施形態に係る断層像撮影装置2000における断層像撮影・走査制御処理の流れについて説明する。図21は、本実施形態に係る断層像撮影装置2000における断層像撮影・走査制御処理の流れを示すフローチャートである。
図21に示すように、断層像撮影・走査制御処理が開始されると、ステップS2110では、不図示のキーボードやマウス等を介して操作者により入力された各種設定情報を取得し、断層像取得部1210へ送信する。なお、設定情報の詳細は、上記第1及び第2の実施形態において説明したため、ここでは説明を省略する。
ステップS2120では、送信された設定情報に基づいて断層像取得部2010が3次元断層像の撮影を開始する。そして、断層像取得制御部2080では、ガルバノミラー205が測定光を主走査方向に走査させるようスキャナ制御部204に指示を出力する。
また、断層像取得制御部2080では、測定光に基づいて生成されたB−スキャン像を信号処理部210から受け取る。なお、1回目の主走査方向の走査では、B−スキャン像HB(py)とLB(py−s)が生成される。なお、pyは、眼底網膜上での副走査方向の走査位置を示している。また、sは、副走査方向の移動量(=第1列目の測定光と第2列目の測定光の照射位置のオフセット量)を示している。
ステップS2130では、断層像取得部2010が、測定光を副走査方向に走査させるガルバノミラー205を制御し、n回目(nは1以上の整数)の測定光の副走査位置を変更する。n回目の副走査位置において主走査方向に走査することで、B−スキャン像HB(py+n×s)とLB(py+(n−1)×s)が生成される。
ステップS2140では、断層像解析部120が、主走査方向への走査中に生成されたB−スキャン像LB(py+(n−1)×s)を取得する。そして、前回(n−1回目)の副走査位置において主走査方向に走査された際に生成されたB−スキャン像HB(py+(n−1)×s)との間で比較を行う。これにより、位置補正値を算出する。さらに、断層像位置補正部150が算出した位置補正値に基づいて今回の主走査方向走査時の走査位置及び走査速度を変更する。なお、ステップS2140における断層像取得・走査制御処理の詳細は後述する。
ステップS2150では、n+1回目の副走査位置における主走査方向の走査があるか否かを判定する。ステップS2150において、n+1回目の副走査位置における主走査方向の走査があると判定された場合には、nの値をインクリメントしたうえで、ステップS2130に戻る。一方、ステップS2150において、n+1回目の副走査位置における主走査方向の走査がないと判定された場合には、ステップS2160に進む。
ステップS2160では、記憶部130が、走査制御された測定光に基づいて生成された3次元断層像を記憶する。ステップS2170では、断層像撮影装置2000が、断層像撮影・走査制御処理を終了する旨の指示を受け付けたか否かを判定する。なお、断層像撮影・走査制御処理を終了する旨の指示は、不図示のキーボードやマウスを介して入力されるものとする。ステップS2170において、断層像撮影・走査制御処理を終了する旨の指示を受け付けたと判定された場合には、断層像撮影・走査制御処理を終了する。一方、終了する旨の指示を受け付けていないと判定された場合には、ステップS2110に戻り、次の被検体の眼底網膜の断層像撮影・走査制御処理(あるいは、同一被検体に対する眼底網膜の再度の断層像撮影・走査制御処理)を実行する。
<3.断層像取得・走査制御処理の説明>
次に、図22及び図23を参照しながら、断層像取得・走査制御処理(ステップS2140)の詳細な処理の流れについて説明する。図22は、断層像取得・走査制御処理の流れを示すフローチャートである。また、図23は、(n−1)回目の副走査位置において生成されたB−スキャン像HB(py+(n−1)×s)及びn回目の副走査位置において生成中のB−スキャン像LB(py+(n−1)×s)を示す図である。
ステップS2210では、信号処理部210から取得された測定光p4のA−スキャン信号LA、すなわち、B−スキャン像LB(py+(n−1)×s)のA−スキャン信号LAを取得する。図23において、2320はB−スキャン像LB(py+(n−1)×s)であり、2330はそのA−スキャン信号LAである。
ステップS2220では、断層像位置補正部150が、ステップS2210で取得したA−スキャン信号LAと、(n−1)回目の副走査位置において生成されたB−スキャン像HB(py+(n−1)×s)におけるA−スキャン信号2340とを比較する。そして、A−スキャン信号2340の中から、A−スキャン信号LA(2330)に最も類似するA−スキャン信号LA’を検索する。
図23において、A−スキャン信号2330は、A−スキャン信号LA(2330)に最も類似するA−スキャン信号LA’であるとする。この場合、網膜上での測定光p4はA−スキャン信号LA’と同じであると推定し、測定光p4の位置補正値を算出する。
ステップS2230では、断層像位置補正部150が、ステップS2230で算出された位置補正値を断層像取得制御部2080へ転送する。断層像取得制御部2080では、測定光p4の位置ずれが軽減されるよう、当該位置補正値に基づいてスキャナ制御部204を制御する。これにより、測定光p1〜p4の主走査方向の走査速度や走査位置が制御される。
以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る断層像撮影装置では、複数の測定光を副走査方向に複数列配する構成とした。また、副走査方向の測定光の照射位置のオフセット量を、副走査方向の移動量と略等しくなるように構成した。更に、前回の副走査位置において第m列目の測定光により生成されたB−スキャン像と、今回の副走査位置において第m−1列目の測定光により生成中のA−スキャン信号とに基づいて、位置補正値を算出する構成とした。更に、算出された位置補正値に基づいて、今回の副走査位置において現在走査中の測定光の走査速度や、走査位置を制御する構成とした。
この結果、3次元断層像における複数の断層像間における位置ずれを、撮影中に高い精度で補正することが可能となった。
[他の実施形態]
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア(プログラム)を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ(またはCPUやMPU等)がプログラムを読み出して実行する処理である。

Claims (16)

  1. 複数の断層像を取得する断層像取得手段と、
    前記複数の断層像ごとに解析する解析手段と、
    前記解析の結果に基づいて基準となる断層像を選択する断層像選択手段と、
    前記選択された基準断層像を用いて、前記複数の断層像の位置補正を行う断層像位置補正手段と
    を含むことを特徴とする断層像撮影装置。
  2. 前記解析手段は、断層像において空間的な特徴を抽出する抽出手段を有し、
    前記断層像選択手段は前記特徴が含まれる断層像を選択することを特徴とする請求項1に記載の断層像撮影装置。
  3. 前記抽出手段により抽出される特徴量として、空間周波数、コントラスト変化量、エッジ強度、解剖学的構造の存在、病変の存在のうち少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項2に記載の断層像撮影装置。
  4. 前記断層像取得手段は、複数の測定光を生成し、各測定光によりそれぞれ断層像を撮影することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の断層像撮影装置。
  5. 前記複数の測定光は、少なくとも一つの測定光と他の測定光の照射条件が異なることを特徴とする請求項4に記載の断層像撮影装置。
  6. 前記照射条件には、少なくとも測定光の波長、フォーカスの位置、コヒーレンスゲートの位置のいずれかを含むことを特徴とする請求項5に記載の断層像撮影装置。
  7. 前記複数の測定光は前記断層像の撮影の際に一体的に走査され、かつ少なくとも1つが位置補正のための信号として用いられることを特徴とする請求項4乃至6のいずれか1項に記載の断層像撮影装置。
  8. 複数の断層像を取得する断層像取得手段と、
    前記複数の断層像ごとに解析する解析手段と、
    前記解析された断層像に基づき、前記複数の断層像の位置補正を行う断層像位置補正手段とから成る断層像撮影装置であって、
    前記断層像取得手段は、
    複数の測定光を生成し、それぞれ断層像を撮影する手段と、
    前記複数の測定光の少なくとも1つの測定光と他の測定光とを、同時に測定対象における異なる測定位置で走査する走査手段と、
    前記走査手段を制御する制御手段とを有し、
    前記制御手段は、前記他の測定光により既に走査された測定位置が、前記少なくとも1つの測定光の測定位置となるように前記走査手段を制御することを特徴とする断層像撮影装置。
  9. 少なくとも一つの照射条件が異なる複数の測定光により複数の断層像を取得する断層像取得手段と、
    前記複数の断層像から位置補正用の基準断層像を選択する断層像選択手段と、
    前記選択された基準断層像を用いて前記複数の断層像の位置補正を行う断層像位置補正手段と
    を含むことを特徴とする断層像撮影装置。
  10. 前記照射条件は少なくとも前記測定光の被検体に対する測定位置、測定感度または解像度のいずれかが相違することを特徴とする請求項9に記載の断層像撮影装置。
  11. 前記断層像選択手段は前記断層像を解析して前記基準断層像を選択することを特徴とする請求項9または10に記載の断層像撮影装置。
  12. 断層像取得手段が、複数の断層像を取得する断層像取得工程と、
    解析手段が、前記複数の断層像ごとに解析する解析工程と、
    断層像選択手段が、前記解析の結果に基づいて基準となる断層像を選択する断層像選択工程と、
    断層像位置補正手段が、前記選択された基準断層像を用いて、前記複数の断層像の位置補正を行う断層像位置補正工程と
    を含むことを特徴とする断層像撮影方法。
  13. 断層像取得手段が、複数の断層像を取得する断層像取得工程と、
    解析手段が、前記複数の断層像ごとに解析する解析工程と、
    断層像位置補正手段が、前記解析された断層像に基づき、前記複数の断層像の位置補正を行う断層像位置補正工程とから成る断層像撮影方法であって、
    前記断層像取得工程は、
    撮影手段が、複数の測定光を生成し、それぞれ断層像を撮影する撮影工程と、
    走査手段が、前記複数の測定光の少なくとも1つの測定光と他の測定光とを、同時に、測定対象における異なる測定位置で走査する走査工程と、
    制御手段が、前記走査工程を制御する制御工程とを有し、
    前記制御工程は、前記他の測定光により既に走査された測定位置が、前記少なくとも1つの測定光の測定位置となるように前記測定工程を制御することを特徴とする断層像撮影方法。
  14. 断層像取得手段が、少なくとも一つの照射条件が異なる構成の複数の測定光により複数の断層像を取得する断層像取得工程と、
    断層像選択手段が、前記複数の断層像から位置補正用の基準断層像を選択する断層像選択工程と、
    断層像位置補正手段が、前記選択された基準断層像を用いて前記複数の断層像の位置補正を行う断層像位置補正工程と
    を含むことを特徴とする断層像撮影方法。
  15. 請求項12乃至14のいずれか1項に記載の断層像撮影方法をコンピュータに実行させるプログラム。
  16. 請求項15に記載のプログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
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