JP2011104127A - 光干渉断層像の撮像方法および光干渉断層像の撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被検査対象である眼の固視微動のうちで変位の最も大きいフリックの画像への影響を抑制し、眼底の３Ｄ画像を取得することが可能となる光干渉断層像の撮像方法を提供する。
【解決手段】眼の断層像を撮像する光干渉断層像の撮像方法であって、
前記眼の固視微動の変位量を検出するため、前記眼の連続した２次元画像を取得する２次元画像取得工程と、
前記２次元画像取得工程で取得された２次元画像を用いて検出された前記固視微動の変位量に基づいて、前記眼の固視微動のうちのフリック動作を検出するフリック動作検出工程と、
前記フリック動作検出工程でフリック動作の終了が検出された後に、前記眼の断層像の撮像を開始する断層像撮像工程と、を有することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光干渉断層像の撮像方法および光干渉断層像の撮像装置に関し、特に眼科医療分野に用いられる干渉光学系を有する光干渉断層像の撮像方法および光干渉断層像の撮像装置に関するものである。

現在、光学機器を用いた眼科用機器には様々なものが使用されている。
例えば、前眼部撮影機、眼底カメラ、共焦点レーザー走査検眼鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｌａｓｅｒ Ｏｐｈｔｈａｌｍｏｓｃｏｐｅ：ＳＬＯ）等が使用されている。
中でも、光干渉断層撮像装置（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：ＯＣＴ、以下ＯＣＴ装置と記す。）は、被検査物の断層像を高解像度に得る装置であり、網膜の専門外来では必要不可欠な装置になりつつある。

上記ＯＣＴ装置では、光源として低コヒーレント光が用いられる。
そして、光源からの光はビームスプリッターなどの分割光路を介して測定光と参照光に分けられる。
一方の測定光は、測定光路を介して眼などの被検査物に照射し、その戻り光を検出光路を介して検出位置に導かれる。
ここで、戻り光とは、被検査物の光の照射方向に対する界面に関する情報等が含まれる反射光や散乱光のことである。
他方の参照光は、参照光路を介して参照ミラーなどで反射させ、検出位置に導かれる。この戻り光と参照光を干渉させ、前記干渉光を分光器などの光学素子を介してＣＣＤラインセンサ、ＣＭＯＳラインセンサなどの光電変換素子に導き、一括して波長スペクトルを電気信号として出力する。

以上のようにして出力された電気信号は、Ａ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換される。更にデジタル変換された電気信号をフーリエ変換することによって被検査物の断層像を得ることができる。
この方式をスペクトラムドメイン（以下、ＳＤ）方式という。

上記ＯＣＴ装置において、被検査物を網膜とした場合、測定光をガルバノミラーなど網膜上を走査することにより、網膜の３Ｄ画像情報を取得することができる。
しかし、被検査物を網膜等眼球の一部として画像情報を取得する場合、被検査者が眼球を無意識で運動させる固視微動により、眼球の画像情報を正確に取得することが困難であった。
このようなことから、特許文献１では、固視微動の影響を排除する眼球の結膜強膜撮像装置が提案されている。

特開２００８−１０４６２８号公報

上記特許文献１においては、２００フレーム／秒（以下ｆｐｓ）で撮像可能なカメラを用いて、固視微動を追従するように撮像画像ごとに撮像エリアの位置を調節する方式で固視微動の画像への影響を排除する方式が採られている。
しかしながら、眼底の３Ｄ画像を取得するためには、つぎに説明するように数百ｍｓ、即ち１秒間に２画像程度しか画像を取得することができない。
そのため、上記特許文献１の方式では、固視微動の画像への影響、特に眼の固視微動のうちで変位の最も大きいフリックの画像への影響を排除することが困難である。

以下、これらについて詳細に説明する。
図２は固視微動の様子を示す図である。図２（ａ）中２０１は、眼の網膜の中心の軌跡を表わしたものである。
最初にＡ点にいた網膜の中心は、固視微動により２０２、２０３、２０４で示されるような軌跡を描いてＢ点まで移動したことを表わしている。
通常、固視微動は、２０２に示すような低速で動くドリフトと、２０３に示すような細かいジグザグ動作を繰り返すトレモア、更には２０４に示すような瞬間的に移動するフリックの３つの動作の組み合わせによるものである。
図２（ｂ）は、固視微動の特徴を説明するために、図２（ａ）で表わした網膜の中心点の動きを、横軸に時間、縦軸に網膜の中心位置のｙ方向（垂直方向）の加速度として表わしたものである。
固視微動により網膜は２次元方向、即ち水平・垂直方向に動作するが、ここでは説明を簡略化するために垂直方向の動作についてのみ説明する。
図２（ｂ）中、２１２はドリフト動作をしている部分の加速度を表わし、２１３はトレモア動作をしている部分の加速度を表わし、２１４は、フリック動作をしている部分の加速度をそれぞれ表わしている。
図２（ｂ）に示すように、ドリフト、トレモア動作に比較して、フリック動作は著しく急峻な動作である。
図２（ｃ）は、固視微動の３つの動作の特徴を表わすものである。
ドリフトは、０．２〜１秒間の間に変位量が７〜１７μｍという小さな動作で、ほぼ常時発生している。
トレモアは、周期が３０〜１００Ｈｚ、即ち１０〜３３ｍｓに一度程度発生し、変位は０．３〜３．５μｍという微小な揺れである。
フリックは、周期が０．２〜２Ｈｚ、即ち５００ｍｓ〜５ｓに一度程度発生し、１０〜３０ｍｓの期間に、７〜５２μｍ変位するという急峻な動作である。

特許文献１の装置を用い、眼底の走査領域を６×６ｍｍ、解像度を２０×２０μｍとして、眼底の３Ｄ画像を取得する場合について説明する。
ここでは、ガルバノミラーで眼底を２次元に走査する時間のうち、画像読み取りに無効となる割合が２０％、ラインレート２５０ｋＨｚの高速ラインカメラを用いて分光器で分光された干渉光を光電変換すると仮定する。
この場合、３Ｄ画像を読み取るために必要となる時間Ｔは、

Ｔ＝（６／（２０＊１０^-3））²／（２５０＊１０³）／０．８＝４５０ｍｓ

となる。
眼底の３Ｄ画像を前記条件で取得しようとする場合、固視微動のうちドリフト、トレモアは解像度と単位時間あたりの変位量を考えた場合、眼底の３Ｄ画像を取得する上ではあまり問題とならない。
しかしながら、３Ｄ画像を取得するために要する期間４５０ｍｓに、フリックが発生すると、短時間で眼の位置が著しく変位するため、読み取った画像の連続性が確保できず、正確な３Ｄ画像を取得することができなくなる。
したがって、上記した特許文献１による２００フレーム／秒（以下ｆｐｓ）で撮像可能なカメラによる方式では、固視微動の画像への影響、特に眼の固視微動のうちで変位の最も大きいフリックの画像への影響を排除することが困難である。

本発明は、上記課題に鑑み、被検査対象である眼の固視微動のうちで変位の最も大きいフリックの画像への影響を抑制し、眼底の３Ｄ画像を取得することが可能となる光干渉断層像の撮像方法および光干渉断層像の撮像装置の提供を目的とする。

本発明は、つぎのように構成した光干渉断層像の撮像方法および光干渉断層像の撮像装置を提供するものである。
本発明の光干渉断層像の撮像方法は、光源からの光を、測定光と参照光とに分割して測定光路と参照光路とに導き、該測定光路を介して被検査対象である眼に照射された該測定光による前記眼からの戻り光と、前記参照光路を経由した前記参照光とを光干渉させ、
該光干渉に基づく情報を用いて前記眼の断層像を撮像する光干渉断層像の撮像方法であって、
前記眼の固視微動の変位量を検出するため、前記眼の連続した２次元画像を取得する２次元画像取得工程と、
前記２次元画像取得工程で取得された２次元画像を用いて検出された前記固視微動の変位量に基づいて、前記眼の固視微動のうちのフリック動作を検出するフリック動作検出工程と、
前記フリック動作検出工程でフリック動作の終了が検出された後に、前記眼の断層像の撮像を開始する断層像撮像工程と、を有することを特徴とする。
また、本発明の光干渉断層像の撮像装置は、
光源からの光を、測定光と参照光とに分割して測定光路と参照光路とに導き、該測定光路を介して被検査対象である眼に照射された該測定光による前記眼からの戻り光と、前記参照光路を経由した前記参照光とを光干渉させ、
該光干渉に基づく情報を用いて前記眼の断層像を撮像する光干渉断層像の撮像装置であって、
前記眼の連続した２次元画像を取得する２次元画像取得手段と、
前記連続して取得された２次元画像から、前記眼の固視微動のうちのフリック動作を検出するフリック動作検出手段と、
前記フリック動作を検出する手段による、該フリック動作の終了の検知によって、前記眼の断層像の撮像を開始することが可能に構成されている制御手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、被検査対象である眼の固視微動のうちで変位の最も大きいフリックの画像への影響を抑制し、眼底の３Ｄ画像を取得することが可能となる光干渉断層像の撮像方法および光干渉断層像の撮像装置を実現することができる。

本発明の実施例１における光干渉断層像の撮像装置の構成例であるＳＤ−ＯＣＴ装置の構成を説明するブロック図。 固視微動の様子を説明する図。 本発明の実施例１におけるＳＤ−ＯＣＴ装置によって網膜上を測定光がラスタースキャンする様子を示す図。 本発明の実施例１におけるＳＤ−ＯＣＴ装置のラインカメラで読み取った網膜の２次元画像の様子を示す図。 本発明の実施例１におけるＳＤ−ＯＣＴ装置による光干渉断層像の撮像方法を説明するフローチャート。

本発明を実施するための形態を、以下の実施例により説明する。但し、本発明は以下の実施例の構成によって何ら限定されるものではない。

［実施例１］
実施例１として、図１を用いて本発明の光干渉断層像の撮像装置を適用した眼科用のＯＣＴ装置の構成例であるＳＤ−ＯＣＴ装置について説明する。
図１は、本実施例のＳＤ−ＯＣＴ装置の構成を説明するブロック図である。
図１において、光源１０１から出射した光はビームスプリッタ１０２によって参照光１１２と測定光１１１とに分割される。
測定光１１１は、測定光路を介して被検査対象である眼１０５に導かれ、反射や散乱により戻り光１１３となって戻された後、ビームスプリッタ１０２によって、参照光路を経由した参照光１１２と合波され、干渉光１１４となる。
干渉光１１４は回折格子１０７により分光され、レンズ１０８によりラインセンサ１０９上に結像される。
ここでは、ＣＣＤラインセンサを用いるが、ＣＭＯＳラインセンサでも問題はない。
ラインセンサ１０９で光電変換された画像情報（光干渉断層情報）は、画像情報処理部１１０において、Ａ／Ｄ変換される。デジタル化された画像情報はフーリエ変換されることにより、眼１０５の断層像を得ることができる。

つぎに、光源１０１の周辺について説明する。
光源１０１は代表的な低コヒーレント光源であるＳＬＤ（Ｓｕｐｅｒ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｏｄｅ）である。波長は８４０ｎｍ、バンド幅５０ｎｍである。
ここで、バンド幅は、得られる断層像の光軸方向の分解能に影響するため、重要なパラメーターである。また、光源の種類は、ここではＳＬＤを選択したが、低コヒーレント光が出射できればよく、ＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）等も用いることができる。また、波長は眼を測定することを鑑みると、近赤外光が適する。さらに波長は、得られる断層像の横方向の分解能に影響するため、なるべく短波長であることが望ましく、ここでは８４０ｎｍとする。
被検査対象の測定部位によっては、他の波長を選んでももちろん良い。

つぎに、参照光１１２の光路について説明する。
ビームスプリッタ１０２によって分割された参照光１１２は、ミラー１０６により反射され、ビームスプリッタ１０２に戻る。
この光路長は測定光１１１と同じ長さにすることにより、参照光と測定光を干渉させることができる。

次に、測定光１１１の光路について説明する。
ビームスプリッタ１０２によって分割された測定光１１１は、ＸＹスキャナ１０３のミラーに入射される。
ここでは、図を簡略化するため、ＸＹスキャナ１０３は一つのミラーとして記した。
しかし、実際にはＸスキャン用ミラーとＹスキャン用ミラーとの２枚のミラーが近接して配置され、レンズ１０４を介して眼１０５の網膜上を光軸に垂直な二次元方向にラスタースキャンするものである。
また、ＸＹスキャナ１０３は、後述するコントローラ１１６から出力される起動信号１１７に従って、スキャン動作を開始する。レンズ１０４は網膜上に測定光１１１を集光するものである。

図３に、網膜上をラスタースキャンする様子を示す。
図中３０１は、網膜の画像を読み取るために所定の速度で平行に測定光１１１が走査している様子を示している。
このようなスキャン走査により網膜を一面で切り取るように走査して取得できた平面画像を、一般的にＢスキャン画像と呼ぶ。
また、図中３０２は、ＸＹスキャナ１０３を高速で駆動し、次のＢスキャン画像を読み取るために、測定光１１１の照射位置を移動させている様子を示している。
網膜の３Ｄ画像を読み取るためには、前記３０１、３０２で表わされる走査を繰り返し行うこととなる。
また、測定光１１１の中心はＸＹスキャナ１０３のミラーの回転中心と一致するように調整されている。
これらの光学系により、測定光１１１は眼１０５に入射すると、眼１０５の網膜からの反射や散乱により戻り光１１３となる。

また、１１５は、レンズとラインセンサとＡ／Ｄ変換器等で構成されたラインカメラ（２次元画像取得手段）である。
図示しない赤外光源から照射される光線で照射された網膜の反射光は、スキャナ１１８で反射されラインカメラ１１５に導かれ、ライン毎に読み取られる。スキャナ１１８を、ラインカメラ１１５のライン方向に対して平行な軸を中心として回転させることにより、網膜の２次元画像を読み取ることが可能となる。
コントローラ１１６では、ライン毎の画像をつなぎ合わせ、一枚の２次元画像を生成する。２次元画像が生成されるたびに、スキャナ１１８を繰り返し走査し続けることにより、連続した網膜の２次元画像を取得することが可能となる。
更に、コントローラ１１６では、網膜の２次元画像から公知である方法により特徴点を抽出し、連続して生成される網膜の２次元画像の特徴点の変位より、固視微動による眼の変位量を検出する。
すなわち、このコントローラ１１６による上記眼の変位量の検出によって、前記眼の固視微動のうちのフリック動作を検出するフリック動作検出手段が構成されている。

図４に、ラインカメラ１１５で読み取った網膜の２次元画像の様子を示す。
図４（ａ）は、網膜の２次元画像全体の様子である。図中４０１は、網膜の映像で、４０２は視神経乳頭、４０３は網膜上の血管である。４０４はコントローラ１１６で抽出した特徴領域である。
図４（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、連続して取得した網膜の特徴領域４０４の血管の様子を示したものである。
コントローラ１１６では、図４（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の丸で囲んだ血管の分岐点を特徴点として選択し、その座標の変化から固視微動による眼の変位を検出する。
図４（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）では特徴点の位置は、左上から右下に変位している。
即ち眼が左斜め上方向に動いていることを表している。網膜の２次元画像を読み取るのは、固視微動の変位量を検出することが目的であるため、網膜全体を読み取る必要は無く、２次元画像の更新レートを鑑み、読み取り領域を規定すれば良い。
ここでは、ラインレートが１００ｋＨｚのラインカメラを用い、解像度１０×１０μｍ、１０２４×１０２４画素の領域を、約１０ｍｓ毎に読み取ることとする。
上記各ユニット等の動作はコントローラ１１６内に内蔵された不図示のＣＰＵ（制御手段）で制御されている。
すなわち、このＣＰＵ（制御手段）による制御によって、上記コントローラ（フリック動作検出手段）１１６で、該フリック動作の終了の検知された後に、眼の断層像の撮像を開始することが可能に構成されている。

つぎに、図５のフローチャートを用いて、本実施例のＳＤ−ＯＣＴ装置による光干渉断層像の撮像方法を説明する。
まず、２次元画像取得工程において、コントローラからの命令に従い、網膜の２次元画像をスキャナ１１８及びラインカメラ１１５を用いて読み取る（ステップ５０１、以下Ｓ５０１）。
次に、フリック動作検出工程において、コントローラ１１６により、網膜の特徴点を抽出し、一枚前の網膜画像の特徴点と比較し、特徴点の変位が所定値以上か、所定値より小さいかを判断する（Ｓ５０２）。
ここで、所定値とは、固視微動のうちフリックをその他のドリフト、トレモアと区別するための値である。
ここでは、網膜の２次元画像の更新レート１０ｍｓと、図２（ｃ）に示された固視微動の特徴から５μｍとする。
また、ｎ＝０の時、即ち網膜画像読み取り開始時には、１フレーム前の画像が存在しないため、特徴点の変位量は所定値より小さいと判断する。

次に、Ｓ５０２で網膜の変位が所定値より小さい、即ちフリックが発生していないと判断された場合には、次の網膜の２次元画像を取り込む。
そして、網膜の変位が所定値以上、即ちフリックが発生したと判断できるまで、網膜の２次元画像の取り込みを続ける（Ｓ５０１〜５０３）。
次に、Ｓ５０２で網膜の変位が所定値以上、即ちフリックが発生したと判断された場合には、次の網膜の２次元画像を読み取り（Ｓ５０４，５０５）、網膜の特徴点の変位が所定値以上か所定値より小さいかを判断する（Ｓ５０６）。
次に、Ｓ５０６で網膜の変位が所定値以上、即ちまだフリックの最中であると判断された場合には、次の網膜の２次元画像を取り込み、網膜の変位が所定より小さくなる、即ち、フリックが終了したと判断できるまで、網膜の２次元画像の取り込みを続ける（Ｓ５０４〜５０６）。
次に、断層像撮像工程において、Ｓ５０６で網膜の変位が所定値、ここでは固視微動の特徴から５μｍ、よりも小さい場合、即ちフリックが終了したと判断された場合には、コントローラ１１６より起動信号１１７をＸＹスキャナ１０３に対して出力する。
そして、眼底の３Ｄ画像の撮像を開始し（Ｓ５０７）、眼底の３Ｄ画像が撮像し終わった段階で動作を終了させる（Ｓ５０８）。

上記実施例では、Ｓ５０２とＳ５０６においてフリックの開始、終了を判断する閾値を同じ値としたが、必ずしも同じ値にする必要はない。
また、上記実施例では、眼の変位を検出する手段としてラインカメラ１１５とスキャナ１１８を用いたが、スキャナ１１８を２次元的に走査すれば、ラインカメラ１１５、即ちラインセンサの代わりに光電変換素子で代用することも可能である。更には、２次元画像が直接読み取れるエリアセンサを用いることも可能である。

［実施例２］
実施例２として、実施例１とは異なり、眼底の３Ｄ画像撮像中も固視微動の様子の測定を継続して行う構成例について説明する。
実施例１では、フリック終了後に眼底の３Ｄ画像の撮像を開始すると、眼の固視微動の様子を測定せずにそのまま眼底の画像を所定の領域全て撮像する方法について説明した。
しかしながら、眼底の３Ｄ画像の撮像と、固視微動の様子の測定は独立して行うことが可能であるため、本実施例のように眼底の３Ｄ画像撮像中も固視微動の様子の測定を続ける方法も有効である。
具体的には、３Ｄ画像の撮像を開始（Ｓ５０７）から３Ｄ画像の撮像終了（Ｓ５０８）までの間も、コントローラ１１６はラインカメラ１１５、スキャナ１１８を動作し続け、フリックが発生していないかを検出し続けるのである。
ここでは、３Ｄ画像撮像中に画像に著しい影響を与える眼の動きがあるか否か判定するだけでよいので、図５のＳ５０７からＳ５０８の動作の間に、Ｓ５０１〜Ｓ５０３の動作を繰り返し行えば良い。
仮に、眼底の３Ｄ画像撮像中に、画像に著しい影響を与える眼の動きが発生した場合には、３Ｄ画像の撮像を中止する、測定者に対して警告を出す、更には眼底の３Ｄ画像の撮像を最初からやり直す等の処理を行えばよい。
また、３Ｄ画像撮像中の網膜の変位を検知するための閾値は、撮像前の閾値である５μｍと違う値を用いてもかまわない。

１０１：光源
１０２：ビームスプリッタ
１０３：ＸＹスキャナ
１０４：レンズ
１０５：被検査対象である眼
１０６：ミラー
１０７：回折格子
１０８：レンズ
１０９：ラインセンサ
１１０：画像情報処理部
１１１：測定光
１１２：参照光
１１３：戻り光
１１４：干渉光
１１５：ラインカメラ
１１６：コントローラ
１１７：起動信号
１１８：スキャナ

Claims (4)

1. 光源からの光を、測定光と参照光とに分割して測定光路と参照光路とに導き、該測定光路を介して被検査対象である眼に照射された該測定光による前記眼からの戻り光と、前記参照光路を経由した前記参照光とを光干渉させ、
   該光干渉に基づく情報を用いて前記眼の断層像を撮像する光干渉断層像の撮像方法であって、
   前記眼の固視微動の変位量を検出するため、前記眼の連続した２次元画像を取得する２次元画像取得工程と、
   前記２次元画像取得工程で取得された２次元画像を用いて検出された前記固視微動の変位量に基づいて、前記眼の固視微動のうちのフリック動作を検出するフリック動作検出工程と、
   前記フリック動作検出工程でフリック動作の終了が検出された後に、前記眼の断層像の撮像を開始する断層像撮像工程と、
   を有することを特徴とする光干渉断層像の撮像方法。
2. 前記フリック動作検出工程での該フリック動作の検出は、
   前記連続して取得された２次元画像の比較により検出された前記固視微動の変位量が、所定値以上であるか否かによって行われることを特徴とする請求項１に記載の光干渉断層像の撮像方法。
3. 前記フリック動作検出工程でのフリック動作の検出が、前記断層像撮像工程での断層像の撮像中においても継続されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光干渉断層像の撮像方法。
4. 光源からの光を、測定光と参照光とに分割して測定光路と参照光路とに導き、該測定光路を介して被検査対象である眼に照射された該測定光による前記眼からの戻り光と、前記参照光路を経由した前記参照光とを光干渉させ、
   該光干渉に基づく情報を用いて前記眼の断層像を撮像する光干渉断層像の撮像装置であって、
   前記眼の連続した２次元画像を取得する２次元画像取得手段と、
   前記連続して取得された２次元画像から、前記眼の固視微動のうちのフリック動作を検出するフリック動作検出手段と、
   前記フリック動作を検出する手段による、該フリック動作の終了の検知によって、前記眼の断層像の撮像を開始することが可能に構成されている制御手段と、
   を有することを特徴とする光干渉断層像の撮像装置。

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