JP2011156035A - 光画像撮像装置及びその制御方法、そのプログラム、記憶媒体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数のビームによる戻り光を用い、画像を撮像する光画像撮像装置であって、
眼底の異なる位置に照射される複数のビームのそれぞれのビームにより、それぞれ異なる時間で被検眼の眼底の同一領域を、走査する走査手段と、
それぞれの戻り光を用いて画像を生成する画像生成手段と、
画像生成手段による画像から、モーションアーティファクトが発生している領域を特定する特定手段と、
特定された領域以外の領域の画像を用い一つの画像を形成する手段と、を有する。
【選択図】 図1
Description
中でも、眼を観察する光学機器として、走査型レーザ検眼鏡(Scanning Laser Ophthalmoscope:以下、これをSLOと記す。)や、
低コヒーレント光による光干渉を利用した光断層画像撮像装置である光コヒーレンストモグラフィ(Optical Coherence Tomography:以下、これをOCTと記す。)等、様々な機器が使用されている。
SLOやOCTは、光ビームにより眼底を走査し、その反射光をもとに、画像を形成する装置である。
今日の眼科診療において、SLOやOCTは、網膜の専門外来ではなくてはならないものになっている。
これらのうちでも、特にOCTは、光干渉に基づく情報を用いて非接触で、被検眼の眼底の3次元の精細な断層画像を撮像することができることから、その普及も進んでいる。
また、OCTにより撮像する際に1断面だけでなく、連続断面を取得することによって、眼底網膜の3次元の断層画像を取得することができる。
また、このようなOCTによる3次元の断層画像の取得に際し、今日ではOCTの撮像速度の向上と共に、広画角の撮像が可能になりつつある。
そのため、撮像中に眼球が動いた場合、取得する画像に変形または変位(以下、これをモーションアーティファクトと記す。)を生じることとなる。また、SLOにおいても、OCTと比較すると軽微ではあるが同様である。
被検者が一点を見続けているつもりでも、固視微動と呼ばれる不随意的な眼球運動により、撮像中の眼球の動きによる撮像位置の変位が起こってしまう。
このようなことから、特許文献1においては、モーションアーティファクトを補正する光画像計測装置が提案されている。
この装置では、OCT装置による3次元の断層像を深さ方向に積算して作成した画像を用いて、別手段により撮影された、眼底表面の2次元画像に対して位置あわせし、モーションアーティファクトを補正するように構成されている。
しかしながら、前述したようにOCTの撮像速度の向上と共に、広画角の撮像が可能となりつつあるが、最近においてはより広画角の撮像や、より高密度な画像の取得に対する要望が益々高まってきている。
これらの要望に対処するためには、撮像時間がより長時間化し、結果的に、眼球運動の頻度が増し、3次元データ中の変形の起こる確率がより増加することとなり、従来のものでは必ずしも満足の得られるものではない。
本発明の光画像撮像装置は、被検眼に照射された複数のビームの戻り光を用いて、前記被検眼の画像を撮像する光画像撮像装置であって、
前記被検眼の眼底の異なる位置に照射される前記複数のビームのそれぞれのビームにより、それぞれ異なる時間で、前記被検眼の眼底の同一領域を走査する走査手段と、
前記複数のビームによる戻り光を用いて画像を生成する画像生成手段と、
前記画像生成手段によって生成された画像から、モーションアーティファクトが発生している領域を特定する特定手段と、
前記特定手段によって特定されたモーションアーティファクトが発生している領域以外の領域の画像を用い、前記眼底の画像を形成する手段と、
を有することを特徴とする。
また、本発明の光画像撮像装置の制御方法は、被検眼に照射された複数のビームの戻り光を用い、前記被検眼の画像を撮像する光画像撮像装置の制御方法であって、
前記被検眼の眼底の異なる位置に照射される前記複数のビームのそれぞれのビームにより、それぞれ異なる時間で、前記被検眼の眼底の同一領域を走査手段により走査する走査工程と、
前記走査により得られる前記複数のビームのそれぞれの戻り光を用いて、画像生成手段により画像を生成する工程と、
前記生成された画像から、モーションアーティファクトが発生している領域を特定手段により特定する工程と、
前記特定された結果に基づき、モーションアーティファクトが発生している領域以外の領域の画像を用いて、前記眼底の画像を形成手段により形成する工程と、を有することを特徴とする。
眼球運動によるモーションアーティファクトの影響を低減することができる光画像撮像装置及びその制御方法、そのプログラム、記憶媒体を実現することができる。
本実施形態のOCT装置は、光源から出射される、低コヒーレント光を計測光と参照光とに分割する。そして、計測光が被検査物である被検眼の眼底から反射した戻り光と、参照光路を経由した参照光とを合波させた干渉信号を用いて画像化し、被検眼の眼底断層画像を撮像するように構成される。
被検眼の1枚の眼底断層画像は、いわゆるBスキャン画像と呼ばれる。
Bスキャン画像は、被検眼の眼軸に垂直な1軸方向(一般に人が正立した状態での水平方向あるいは、垂直方向)に計測光をスキャンすることにより得られる網膜の断層画像である。
このBスキャン中のスキャナにおける被検眼の眼軸に直交する眼底上の1方向の走査方向を、ここでは主走査方向と称す。
本実施形態では、このBスキャン画像を複数位置で取得することにより、網膜の3次元画像を取得する。
ここでの複数位置とは、主走査方向と直交する走査方向の位置のことを指す。
また、この主走査方向と直交する走査方向のことを副走査方向と称す。
このBスキャン画像を取得するために被検眼に入射させる計測光のビームを複数ビームとし、参照光も計測光と同数の複数ビームとする。
それぞれの計測光のビームによる戻り光と参照光とを合波させた複数の干渉光より、複数のBスキャン画像を画像生成手段によって生成する。
また、これら複数ビームを眼底の主走査方向および副走査方向に走査するための2軸方向に走査する走査手段は、一組の走査手段により構成される。
さらに、本実施形態においては、複数ビームの配置は、副走査方向に異なる眼底の位置に照射されるように配置されると共に、複数ビームの副走査方向の走査範囲が、それぞれのビーム毎に重複領域を持つように配置される。
このような複数ビームによって、それぞれ異なる時間で、被検眼の眼底の同一領域の画像を取得するように走査する。すなわち、複数のビーム各々の走査領域の一部が重なるように走査する。
それぞれのビーム毎に異なる位置のBスキャン画像を取得するに当たり、副走査方向に複数のBスキャン画像を取得して、3次元のデータセットとする。ビーム毎に取得される3次元のデータセットは、重複領域を有している。
このようにして取得した3次元のデータセットに基づいて、画像撮像中に生じた眼球運動によりモーションアーティファクトが発生している領域を特定する。
複数のビームにより取得したそれぞれの3次元データセットの全てについて、モーションアーティファクトが発生している領域を特定する。
そして、モーションアーティファクトが発生している領域以外の領域の画像を用い、眼底の画像を形成する手段によってこれらを合成して一つの画像を形成する。
本発明のOCT装置では、以上のようにモーションアーティファクトが発生している領域以外の領域の画像のみを合成する。
これによって、広画角の3次元データセットを得ることができ、眼球運動によるモーションアーティファクトの影響を低減した3次元の断層画像を得ることが可能となる。
まず、図1を用いて、本実施例の光断層画像撮像装置の光学系の構成について説明する。
本実施例の光断層画像撮像装置は、複数のビームを被検眼に入射するマルチビーム構成とする。
本実施例では、図1に示されるように、一例として5本のビームによるマルチビームの光断層画像撮像装置が構成されている。
ここでは5本のビームによるマルチビームの構成例としたが、本発明はこのような構成に限定されるものではなく、2本以上のビームによるマルチビームであればよい
本実施例では、以上のように5本のビームによるマルチビームとしたことから、5つの低コヒーレント光源126〜130を用いる。
ここでは、5つの独立した低コヒーレント光源を用いたが、当然ながら、1つの低コヒーレント光源よりのビームを複数に分割して用いてもよい。
さらに、当然ながら、2以上の数量の光源からのビームを一度合成し、合成したビームを5本のビームに分岐してもよい。
低コヒーレント光源には、SLD光源(Super Luminescent Diode)や、ASE光源(Amplified Spontaneous Emission)が好適に用いることができる。
SS光源(Swept Source)も用いることができるが、その場合、図1に示された構成とは異なり、当然ながら全体構成をSS−OCTの形態とする必要がある。
低コヒーレント光であるビームの好適な波長は、850nm近傍および1050nm近傍の波長が眼底撮像には好適に用いられる。
本実施例においては、中心波長840nm、波長半値幅45nmのSLD光源を用いる。
ここではファイバを用いた干渉計構成を記載しているが、空間光光学系でビームスプリッタを用いた構成としてもかまわない。
計測光は、さらにファイバを介して、ファイバコリメータ108〜112から平行光となって照射される。
さらに、5本の計測光は、OCTスキャナ(Y)107のミラー面上の回転軸にそれぞれの光軸中心が当たり、反射するように調整される。
また、OCTスキャナ(Y)107への5本の計測光のそれぞれの入射角度は、後述する眼底上での各ビームの照射位置関係にあわせて適宜決定される。
OCTスキャナ(Y)107から反射した計測光は、リレーレンズ106、105を経由し、さらにOCTスキャナ(X)104を通る。
そして、ダイクロイックビームスプリッタ103を透過しスキャンレンズ102、接眼レンズ101を通り被検眼100に入射する。
ここで、OCTスキャナ(X)104および(Y)107は、ガルバノスキャナを用いている。
眼100に入射した5本の計測光は、網膜で反射し、同一光路を通りそれぞれ対応するファイバカプラ113〜117に戻る。
照射された参照光は、分散補正ガラス123を通り、光路長可変ステージ124上の参照ミラー125により反射される。
分散補償ガラス123および参照ミラー125は、5本のビームの光路に対応した大きさを確保しておく。
参照ミラー125により反射された参照光は、同一の光路をたどり、ファイバカプラ113〜117に戻る。
ファイバカプラ113〜117に戻ってきた計測光および参照光は、ファイバカプラ113〜117により合波され、分光器131〜135に導かれる。また、この合波された光をここでは干渉光と称す。
本実施例では、5つの分光器は同じ構成となっているため、分光器135の例で構成を説明する。
分光器135は、ファイバコリメータ136、グレーティング137、レンズ138、ラインセンサーカメラ139により構成されている。
干渉光は、分光器によって、波長毎の強度情報となって計測される。すなわち、本実施例のOCT撮像部は、スペクトラルドメイン方式となっている。
レーザ光源148は、半導体レーザやSLD光源が好適に用いることができる。用いる波長は、低コヒーレント光源126〜130の波長と波長分離するダイクロイックビームスプリッタ103によって、分離できる波長の光源であれば制約はない。眼底観察像の画質として、700nm〜1000nmの近赤外の波長域が好適に用いられる。
本実施例においては、波長760nmの半導体レーザを用いる。
シリンダーレンズ146で広げられたビーム(SLOビーム)は、リレーレンズ145、144によって、リングミラー143の中心を通り、リレーレンズ141、142を通り、SLOスキャナ(Y)140に導かれる。
SLOスキャナ(Y)140は、ガルバノスキャナを用いている。さらにダイクロイックビームスプリッタ103で反射され、スキャンレンズ102と接眼レンズ101を通り、被検眼100に入射する。
ダイクロイックビームスプリッタ103は、OCTビーム(OCT撮像部の計測光)を透過し、SLOビームを反射するように構成しておく。
被検眼100に入射したSLOビームは、被検眼の眼底に、ライン状のビーム(ラインビーム)で照射される。
このライン状のビームが、被検眼の眼底で反射あるいは散乱され、同一光路をたどり、リングミラー143まで戻る。
リングミラー143の位置は、被検眼の瞳孔位置と共役になっており、眼底に照射されているラインビームが後方散乱した光のうち、瞳孔周辺部を通った光が、リングミラー143によって反射され、レンズ149によりラインセンサーカメラ150上に結像する。
本実施例では、ラインビームを用いるラインスキャンSLO構成でSLO撮像部を記載したが、当然ながら、フライングスポットSLOで構成してもよい。
図2において、中央演算装置(CPU)201は、表示装置202、固定ディスク装置203、主記憶装置204、ユーザーインターフェース205とに接続されている。
さらに、フォーカスモータドライバ206と、OCTステージコントローラ207とに接続されている。
さらに、CPU201は、スキャナを制御するスキャナ駆動部208と接続され、スキャナ駆動部208を経由して、OCTスキャナドライバ(X)209とOCTスキャナドライバ(Y)210、SLOスキャナドライバ(Y)211を制御する。
OCT撮像部の分光器のセンサとして、5本のビームに対応した5つのOCTラインセンサーカメラ212〜216が接続され、SLO撮像部のセンサとしてSLOラインセンサーカメラ217が接続されている。
画像撮像時には、中央演算装置201より、スキャナ駆動部208に指示を行い、OCTスキャナドライバ(X)209、OCTスキャナドライバ(Y)210に対して、X軸方向を主走査(高速スキャン方向)としたラスタースキャン駆動を行う。
この駆動に同期させて、OCTラインセンサーカメラ212〜216によって、データを取得する。OCTラインセンサーカメラ212〜216によって取得されたデータは、CPU201に転送され、CPU201は転送されたデータに基づいて、断層画像を生成する。
このときのそれぞれのスキャナの振幅に関しては後述する眼底上での各ビームの取得間隔、全体で走査する範囲にあわせて適宜設定する。
図3(a)は、本実施例における光断層画像撮像装置の撮像範囲のイメージを示すものである。
SLOによる眼底平面像301とその中に示される破線で図示してある部分が、OCTによる3次元撮像範囲302である。
OCTによる3次元撮像範囲302は、ここでは、眼底において、8mm×8mmの領域となっている。
図3(b)は、3本のビームのうちの1本、ビーム1による撮像範囲を図に示したものである。図内のハッチングパターン部位がビーム1による3次元撮像範囲である。
図3(c)は、ビーム2による撮像範囲を図に示したものである。図内のハッチングパターン部位がビーム2による3次元撮像範囲である。
図3(d)は、ビーム3による撮像範囲を図に示したものである。図内のハッチングパターン部位がビーム3による3次元撮像範囲である。
ここでのビーム配置としては、副走査方向の走査中心間の距離(ビーム間距離:ここでは1mm)内に複数の走査線をもつように構成する。
ここでは、副走査方向の走査線ピッチを25μmピッチとして1mm内に40本の走査線とする配置としている。副走査方向の走査速度は、ここでは、1主走査あたり、25msecで撮像する。
そのため、ビーム間距離を副走査速度で移動する際に要する時間は、1秒となっている。
このビーム間の副走査速度での移動時間については、この時間内にマイクロサッケードの持続時間、および瞬目の時間が含まれることが望ましく、マイクロサッケードの持続時間は、長くても約30msecであり、瞬目は、約100msecである。
すなわち、好ましくは、ビームの副走査方向の間隔距離は、該複数のビームを副走査方向に走査した際の走査速度で30msec以上要する間隔距離に構成することが望ましい。より望ましくは、副走査速度での移動で100msec以上要する間隔距離に構成することが望ましい。
図4(a)、図4(b)、図4(c)は、されぞれ図3(b)、図3(c)、図3(d)に対応する図である。
これらは、それぞれ、ビーム1、ビーム2、ビーム3のスキャン範囲と走査中心位置を示しているものである。
全体の3次元撮像範囲401の中に、ビーム1による3次元撮像範囲402が位置している。
図4(d)はビーム1の3次元撮像範囲402を複数の領域である画像エリア1〜6(408〜413)に分割したイメージを示している。
このエリアの分割は、副走査方向に1mm幅にて分割されている。この分割の幅は、副走査方向に複数のビーム配置間隔より同一あるいは、より狭く設定しておくことが望ましい。
はじめに、すべてのスキャン画像を深さ方向の位置あわせを行っておく。
まず、画像エリア内で、副走査方向429にFFT処理を行う。さらにFFT信号処理したデータを深さ方向に加算あるいは平均処理を行い、さらに、主走査方向430にFFT信号処理した信号を加算あるいは平均処理を行う。
加算あるいは平均後の信号より、高周波成分の強度が、ある閾値以上の場合、眼球運動起因によるモーションアーティファクトが発生したとみなす。
すなわち、3次元構造中の副走査方向に対して、非連続面の有無を判定する処理を行っている。
マイクロサッケードのような高速な眼球運動が3次元データ取得中に発生すると、副走査方向に対して、データの連続性が失われ、高周波成分の強度が大きくなるため、眼球運動の検知に用いることができる。
図4(e)、図4(f)は、それぞれ、ビーム2、3に対応したイメージ図である。
この中でモーションアーティファクトがある画像エリアを図4(g)、(h)、(i)にて、426、427、428で示したように求められる。
すなわち、それぞれのビームに対して画像エリア3でモーションアーティファクトがあったことになる。眼球運動が発生した時点ですべてのビームで画像モーションアーティファクトが発生するためこのようになる。
ここでは、OCTの各ビームの3次元データのみを用いて、モーションアーティファクトが発生した画像エリアを求めたが、これに限定されるものではない。
例えば、各ビーム間の同一走査タイミングで、かつ、異なる位置の3次元データである408と414と420を用い、これらの画像の周波数解析によって、モーションアーティファクトの発生領域を特定するようにしてもよい。
具体的には、これらの周波数成分解析結果を他の同一走査タイミングでの周波数成分解析結果と比較して、モーションアーティファクトを検知してもよい。
また、他の方法として、各ビーム間の同一位置の3次元データから求めた、OCT積算画像(深さ方向に画素値を積算した眼底平面画像)の相関分析によって、相関の低いビームの画像をモーションアーティファクトがあると決定してもよい。
また、OCT撮像部とは別に構成された上記のSLO撮像部(平面画像取得手段)によって取得したSLO画像と、各画像エリアの3次元データから生成したOCT積算画像(深さ方向に画素値を積算した眼底平面画像)のモーションアーティファクトを解析する。
これによりモーションアーティファクトを判定するようにしてもよい。
図4(g)、(h)、(i)の画像エリア426、427、428がモーションアーティファクト発生領域であるため、スキャン取得中の時間的な前後において、3次元データの平面方向(主走査および副走査)方向の位置にモーションアーティファクトが発生している。
モーションアーティファクトが発生した、画像エリア426、427、428のデータは用いず、それ以外のデータを位置合わせして、3次元データを構築する。
そのため、まずモーションアーティファクト発生前の平面方向の位置あわせを行う。
このとき、ビーム間において同一座標で取得した画像位置をもとに位置あわせを行う。
例えば、ビーム1の画像エリア2の409とビーム2の画像エリア1の414をOCTの積算画像同士を位置あわせする。
さらに、ビーム2の画像エリア2の415とビーム3の画像エリア1の420をOCTの積算画像同士を位置あわせする。
ここでの位置あわせには、OCTの積算画像同士のパターンマッチングによって行うことができる。
ここでは、同一スキャン位置を取得している、画像エリア411と421のデータを位置あわせする。
以上の位置あわせによって、スキャンエリア全体の平面方向の位置あわせが完了する。
以上で、全ての3次元データの位置あわせが完了している。重複して取得できている部分のデータについては、平均処理を行ってもよいし、一部のデータを代表として用いてもよい。平均処理を用いると、SN比の高い画像を得ることができる。
上記実施形態及び実施例では、光断層画像撮像装置で記載したが、これに限定されるものではない。
本発明は、SLO(走査型レーザ検眼鏡)のような、網膜上を計測光により走査し、計測光の反射強度あるいは計測光により励起される蛍光強度を取得する装置であって、複数の計測光を用いるSLO装置にも同様に適用することができる。また、以上で説明した実施例での光画像撮像装置の制御方法において、これらの制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを作製し、このプログラムを記憶媒体に記憶させ、コンピュータに読み取らせるように構成することができる。
101:接眼レンズ
102:スキャンレンズ
103:ダイクロイックビームスプリッタ
104:OCTスキャナ(X)
105、106:リレーレンズ
107:OCTスキャナ(Y)
108〜112:ファイバコリメータ
113〜117:ファイバカプラ
118〜122:ファイバコリメータ
123:分散補償ガラス
124:光路長可変ステージ(OCTステージ)
125:参照ミラー
126〜130:低コヒーレント光源
131〜135:分光器
136:ファイバコリメータ
137:グレーティング
138:レンズ
139:ラインセンサーカメラ
140:SLO(Y)スキャナ
141、142:リレーレンズ
143:リングミラー
144、145:リレーレンズ
146:シリンダーレンズ
147:ファイバコリメータ
149:レーザ光源
Claims (10)
- 被検眼に照射された複数のビームの戻り光を用いて、前記被検眼の画像を撮像する光画像撮像装置であって、
前記被検眼の眼底の異なる位置に照射される前記複数のビームのそれぞれのビームにより、それぞれ異なる時間で、前記被検眼の眼底の同一領域を走査する走査手段と、
前記複数のビームによる戻り光を用いて画像を生成する画像生成手段と、
前記画像生成手段によって取得された画像から、モーションアーティファクトが発生している領域を特定する特定手段と、
前記特定手段によって特定されたモーションアーティファクトが発生している領域以外の領域の画像を用い、前記眼底の画像を形成する手段と、
を有することを特徴とする光画像撮像装置。 - 前記特定手段が、前記画像生成手段により生成された画像の周波数解析によって、前記モーションアーティファクトの発生領域を特定することを特徴とする請求項1に記載の光画像撮像装置。
- 前記眼底の平面画像を取得する平面画像取得手段を更に有し、
前記特定手段が、前記平面画像取得手段によって取得された画像と、前記画像生成手段によって生成された画像との比較によって、前記モーションアーティファクトの発生領域を特定することを特徴とする請求項1に記載の光画像撮像装置。 - 前記走査手段が、前記被検眼の眼軸に直交する眼底上の1方向である主走査方向と、前記眼軸及び主走査方向に直交する副走査方向に、前記複数のビームを走査し、
前記複数のビームによる走査領域が、前記副走査方向で一部が重なることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の光画像撮像装置。 - 前記複数のビームは、これらのビームの副走査方向の間隔距離は、該複数のビームを副走査方向に走査した際の走査速度で30msec以上要する間隔距離とされていることを特徴とする請求項4に記載の光画像撮像装置。
- 前記複数のビームは、これらのビームの副走査方向の間隔距離は、該複数のビームを副走査方向に走査した際の走査速度で100msec以上要する間隔距離とされていることを特徴とする請求項4に記載の光画像撮像装置。
- 前記画像生成手段が、前記複数のビームによる戻り光と、前記複数のビームから分岐された参照光をそれぞれ干渉させた干渉光を用いて、断層画像を生成することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の光画像撮像装置。
- 被検眼に照射された複数のビームの戻り光を用い、前記被検眼の画像を撮像する光画像撮像装置の制御方法であって、
前記被検眼の眼底の異なる位置に照射される前記複数のビームのそれぞれのビームにより、それぞれ異なる時間で、前記被検眼の眼底の同一領域を走査手段により走査する走査工程と、
前記走査により得られる複数のビームのそれぞれの戻り光を用いて、画像生成手段により画像を生成する工程と、
前記生成された画像から、モーションアーティファクトが発生している領域を特定手段により特定する工程と、
前記特定された結果に基づき、モーションアーティファクトが発生している領域以外の領域の画像を用いて、前記眼底の画像を形成手段により形成する工程と、
を有することを特徴とする光画像撮像装置の制御方法。 - 請求項8に記載の光画像撮像装置の制御方法を、コンピュータに実行させるためのプログラム。
- 請求項9に記載のプログラムを記憶したコンピュータが読み取り可能である記憶媒体。
Priority Applications (6)
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