JP2012035063A - 画像取得装置及び制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 高精細に三次元網膜像を取得するOCT装置においてデータ転送時間を短縮する。
【解決手段】 OCT装置で被検眼の断層画像の撮影データを取得する際に、被検者の瞬きを検知し、その後の視線が安定するまでの時間、撮影データの取得をやめる。さらに、瞬きの検知のタイミングで、記憶手段に記憶された画像データの、コンピュータへのデータ転送を始めることで、不要なデータを取得せず、データバッファを小さくし、データ転送の効率化を図ることが出来る。
【選択図】 図1

Description

本発明は、画像取得装置及び制御方法に関し、特に眼科診療等に用いられる干渉光学系を有する画像取得装置及び制御方法に関する。
現在、光学機器を用いた眼科用機器には、主に、共焦点レーザー走査検眼鏡(Scanning Laser Ophthalmoscope: SLO)や光干渉断層撮像装置(Optical Coherence Tomography:OCT、以下OCT装置と記す)がある。
OCT装置は、低コヒーレント光を、サンプルに照射し、そのサンプルからの反射光を参照光と干渉させ、得られた干渉光を用いることで、眼底の状態を高感度に測定する装置である。また、OCT装置は該低コヒーレント光を、サンプル上にスキャンすることで、被検眼の眼底における網膜の断層画像を高解像度に得ることができる。
BスキャンとよばれるOCT装置で取得した網膜の断層画像が一般的に用いられる。この像はAスキャンと呼ばれる網膜の深さ方向(Z方向)のスキャンをX方向に複数回行うことで得られる。このBスキャンでも従来の眼底カメラ等の画像と比較しても網膜内部の状態が観察できるため、特に黄斑変性、黄斑円孔などの網膜内部の病変の観察することができる。BスキャンをY方向に複数枚撮影し、3次元の網膜画像を取得することにより、病変の広がり、網膜内の各層の観察特に、緑内障の原因である視神経細胞層の観察などに好適に用いられる。
また、横方向の分解能は従来10μm程度であったが、たとえば糖尿病の初期に毛細血管の動脈瘤や視細胞などを観察しようとするとさらに分解能をあげる必要がある。この場合、横方向の光学分解能をあげると、縦方向に一度ではピントが合わなくなり、ゾーンフォーカスと呼ばれる手法で、複数のフォーカスにより、撮影をする必要がある。
特許文献1にゾーンフォーカスの基本的な構成が開示されている。しかし、この場合、取得するデータが多いため、撮影に数十秒かかり、この間の瞬きの対策は必須である。
特許文献2には、眼底カメラの瞬き対策として、撮影中瞬きを検知した場合、そのデータは使えないと判断し、消去する構成を示している。
特開2007−101250号公報 特開平7−323011号公報
前述したゾーンフォーカスを用い、横分解能3μm、ゾーン数3で10mm×10mmの三次元の網膜像を撮影すると、データ数は20Gバイト位となる。
また撮影時間は、マルチビームと呼ばれる方法で、複数の光源と複数のラインセンサを用い、同時に複数の部位を取得するようにすると、30〜40秒で取得できる様になってきた。
またこのデータを表示、保存するためにコンピュータに転送する場合、最新の汎用データバスであるUSB3.0を用いても、40秒以上かかってしまう。この場合通信のデータ転送レートより撮影のデータレートが速いため、単純には20Gバイトの通信用のデータバッファが必要となり、またデータ取得のあともデータ転送が必要なため、撮影以上にデータの転送に時間がかかってしまう。
また、瞬きにより撮影時間は、1.2倍以上になりデータ数も同様に1.2倍24Gバイト以上になってしまうという問題がある。
本発明の目的は、上記課題に対応するものであり、撮影時間の短縮を図ることにある。
上記課題を解決するために、本発明に係る画像取得装置は、被検眼の断層画像を取得する取得手段と、前記断層画像を外部装置に転送する制御装置と、前記取得した断層画像を記憶する記憶手段と、前記被検眼の瞬きを検知する検知手段と、を有し、前記検知手段が前記被検眼の瞬きを検知した場合に、前記制御手段は、前記記憶手段に記憶された前記断層画像を前記外部装置に転送することを特徴とする。
即ち、Bスキャンを複数スキャンして3次元断層画像を取得するOCT装置において、撮像対象の眼の瞬きを検知し、その後の視線が安定するまでの期間のデータ取得を中断することとし、また瞬きを検知した時に、それ以前に取得したデータの転送を行うこととする。
本発明によれば、データ転送も含めた撮影時間が短くなる。
本発明の第1の実施形態に係る画像取得装置の概略構成を示すブロック図である。 図1に示す装置において画像取得時に行われる処理を示すフローチャートである。 図2に示す処理を行う際の動作タイミングを示すタイムチャートである。 本発明の第2の実施形態に係る画像取得装置の概略構成を示すブロック図である。 図4に示す装置において画像取得時に行われる処理を示すフローチャートである。 図5に示す処理を行う際の動作タイミングをしめすタイムチャートである。 本発明の第3の実施形態に係る画像取得装置において画像取得時に行われる処理を示すフローチャートである。
[第1の実施の形態]
以下、本発明の第1の実施の形態に係る画像取得装置を、図面を用いて詳細に説明する。
図1に本実施の形態の画像取得装置であるシステム全体のブロック図を、図2に本実施の形態における処理動作のフローチャートを、図3に本実施の形態における処理動作のタイミングチャートを、各々示す。
図1に示す画像取得装置は、OCT装置101、及び画像取得装置及び付随する他の構成物の制御を行い且つ撮影したデータの表示及び格納を行うコンピュータ102を有する。OCT装置101は、被検眼の断層画像を取得し、且つ当該断層画像を外部装置であるコンピュータ102に送信する本発明における画像取得装置を構成する。OCT装置101はOCT光学系103、ラインセンサ104、画像処理回路105、データバッファ106、通信回路107、及び制御手段たる制御系108を含む。OCT光学系103は、被検眼の眼底を検眼光にて走査する不図示の走査手段を有する。OCT光学系103は、低コヒーレンス光を参照光と検眼光である信号光に分割し、被検眼を経由した信号光と参照物体を経由した参照光である戻り光とを不図示の干渉手段にて干渉、重畳させて干渉光を生成し、周波数に分光する。受光手段であるラインセンサ104は、OCT光学系103で分光された干渉光を受光し、該干渉光を電気信号に変換する。得られた電気信号は、画像処理回路105により、周波数/波長変換、FFTといった各処理が施され、網膜の深さ方向のデータに変換される。画像処理回路105は受光された干渉光に基づいて断層画像を生成する生成手段として機能する。ゾーンフォーカスによるデータ処理の場合は、対象のフォーカスの対応したデータのみを切り出し、データバッファ106に一度格納、記憶される。データバッファ106は、取得された断層画像を記憶する記憶手段として機能する。記憶されたデータは後で示すタイミングで通信回路を通り、コンピュータ102に送られる。また制御系108は、図示しない光学系内のXYスキャナ等の走査手段や、コヒーレントゲート位置の変更を意味する参照ミラーを駆動し、所望の網膜位置の干渉波形を得るように図2のフローチャートを実行し、コンピュータ102から動作開始の命令を受ける。
また、上記データバッファの容量は、平均的な瞬き及び視線の安定に要する時間間隔である3秒程度の時間のデータを記憶できる容量で、本実施形態に示す態様(30〜40秒で20Gバイト)では約2Gバイト程度の容量が適当である。
動作を図2、図3にしたがって説明する。図3の109は眼の動きを示しており、グラフの縦軸が上側では眼が開いている状態を、下側では瞬きにより目が閉じている状態を、中間は瞬きにより視線が不安定な状態を、各々示し、横軸は時間の流れを示し、左から右へ時間が流れる。
まず、図2のステップ110において撮影が開始されるとステップ111で瞬きが無いことを確認する。瞬きの有無は画像処理回路105の出力を監視し、制御系108あるいはコンピュータ102において該出力が閾値以上か否かで確認することができる。すなわち、瞬きをした場合、網膜からの反射光が無いため、干渉が起こらず、画像処理回路105からはノイズ成分しか出てこないため、容易に判断できる。これら画像処理回路105およびこれからの出力を監視する制御系108といった構成は、本発明における被検眼の瞬きを検知する検知手段として機能する。
瞬きが無いと判断されると、ステップ112でOCT装置101におけるBスキャンを行い、得られた画像データ、或いは断層画像をデータバッファ106に記憶する。次にBスキャンの幅分、Y方向にスキャナを移動させる。ここで、ステップ113でデータバッファ106における記憶領域がいっぱいになっていれば、データバッファ106の接続先を通信回路107に切り替え、画像データをコンピュータ102に転送する。次にステップ119で画像取得が終了しているか否かを確認し、終了していなければ、ステップ111に戻る。
ステップ111で瞬きを検知した場合、ステップ114に移る。ステップ114では、制御系108はスキャンを中断して取得手段による断層画像の取得を中断する。同時に、現在のスキャナのY座標を記憶し、データバッファ106に画像データが記憶されていればデータバッファ106の接続を通信回路107に切り替え、コンピュータ102に画像データの転送を開始する。
次に、ステップ115で瞬きの終了を判定し、終了していると判定すればフローはステップ116に移る。
ステップ116では、上述した検知手段により、視線が安定したかどうか判断をする。この判断は瞬きの停止後、画像データに基づいて検知手段により判定しても良い。また、瞬きが終わって視線が安定するまで通常0.2秒〜0.3秒程度であるため、所定時間が経過したことで視線が安定したと判断することも出来る。
ここで、トラッキングと呼ばれる断層画像の位置ずれを補正する機能を用いて、断層画像の位置ずれが補正できるか否かで、視線が安定したことを判断すれば、より正確に視線の安定の適否を判断できる。
ステップ116で視線が安定したと判断されると、フローは次のステップ117に移る。ステップ117では、ステップ114で開始したデータ転送が終了しているかどうかを判断し、転送の終了を待つ。転送が終了すれば、ステップ118でデータバッファ106を画像処理回路105の出力に切り替え、XYスキャナのY座標を記憶した値に設定する。
次に、制御系108はステップ112に戻り瞬きの前のY座標からBスキャンを再開させる。すなわち、瞬き終了の検知結果である検知終了の判断結果に応じて、より具体的には被検眼の瞬きの終了を検知した判断結果を得た後、更に所定時間が経過した後に、取得手段による断層画像の取得を再開することとする。また、制御系108は、画像データの取得を中断した際の走査手段の走査位置(特に、副走査位置)を記録し、断層画像の取得を再開する際にはこの記録された走査位置から画像データの取得を再開する。また、上記副走査位置に基づいて断層画像の取得を再開する副走査位置を決定しても良い。例えば、上記副走査位置が走査範囲の中央付近の場合には、取得済の画像データを転送して、走査範囲の3分の1付近から断層画像の取得を再開しても良い。一般的に走査範囲の中央付近は、診断上、重要な部位になる。このため、走査範囲の3分の1付近から副走査を再開(断層画像の取得を再開)することにより、重要な部位が断層画像から欠けないようにすることができる。また、上記副走査位置に基づいて断層画像の取得を再開するか否かを判断しても良い。例えば、上記副走査位置が走査範囲の3分の2を超えている場合には、取得済の断層画像を転送し、取得の再開をせずに、終了しても良い。一般的に走査範囲の端は、診断上、重要でない部位である。このため、走査範囲の3分の2を超えた付近の断層画像の取得を再開する必要なく、これにより、撮像時間を短縮することができる。以上の動作を繰り返すことにより、所望の三次元の網膜像を取得することが出来る。なお、本形態では判断結果を得た後に所定時間の経過後に断層画像の取得を再開することとしているが、判断結果を得た後の再開の条件を更なる操作、或いは画像データの変化の程度といった他の条件に基づくものとしても良い。
上記動作を図3で説明すると、瞬きが検知されるまでの期間122で取得した画像データについて、瞬きを検知した後の期間123でデータバッファ106からコンピュータ102への転送を行う。画像データの転送中に瞬きは終了し視線は安定する。画像データの転送が終了すると、次の瞬きが検知されるまでの期間124で次の画像データを取得し、瞬きのタイミングで再度記憶された画像データの転送を行う(期間125)。例えば、画像データの転送が期間125で示すように視線の安定する前に終了する場合も考えられる。この場合、データ転送が終わっても視線が安定するまで画像データの取得の再開は待つこととし、安定後に次の画像データの取得を再開する(期間126)。以降、瞬きに応じて、期間127での画像データの転送、再取得を繰り返す。以上の操作は制御手段たる制御系108により実行される。
すなわち、本発明に係る画像取得装置の制御方法は、断層画像をOCT装置により取得する取得工程と、取得した断層画像をデータバッファ106に記憶する記憶工程と、を有する。また、検知手段によって断層画像を取得中の被検眼の瞬きを検知する検知工程を通じて、制御系108が被検眼の瞬きの検知によりデータバッファ106からコンピュータ102への画像データの転送を開始する制御工程と、を更に有する。
以上の動作で、本実施の形態によれば、瞬きに関係なく連続的な画像データが得られることとなり、瞬きを考慮して行われた従来の断層画像の撮影と比較して撮影時間の短縮化が為される。また、データバッファの容量を従来に比べて小さくできる。また瞬きとその後の視線が安定する間の不要なデータを取得せず、かつ、この間を利用して効率よくデータを送ることが出来る。すなわち、撮影中の画像データを一時的に格納するために、大容量のデータバッファを必要とせず、また、不要なデータを取得、転送を行わないことで、データ転送の効率化が図られる。
[第2の実施形態]
第1の実施の形態では、データバッファが1つであるため、データ転送時には撮影が出来なかった。第2の実施形態ではデータバッファを2つ用い、データ転送と撮影の記録とを同時に行えるようにしたものである。
図4に本実施の形態の画像取得装置であるシステム全体のブロック図を、図5に本実施の形態における処理動作のフローチャートを、図6に本実施の形態における処理動作のタイミングチャートを各々示す。
第1の実施の形態との違いは、ブロック図においては、第1のデータバッファ106−1に加えて第2のデータバッファ106−2が追加されただけである。フローチャートでは、第1の実施形態のフローチャートに対して、ステップ201が追加、ステップ120のステップ202への変更、ステップ114のステップ203及び205への変更、及びステップ117での処理のステップ204の位置への移動が行われている。
以下相違点の詳細について述べる。ステップ201では、初期化として、記録用のバッファを第1のデータバッファ106−1とし、データ転送用のバッファを第2のデータバッファ106−2とする処理を行っている。
ステップ202では、撮影中に記録バッファがいっぱいになったとき、転送バッファと記録バッファとを入れ替え、記録が中断しないように処理している。
ステップ203は第1の実施形態におけるステップ114で行われる処理の一部に対応し、現在のスキャナのY座標を記憶する処理である。ステップ204は第1の実施形態におけるステップ117が移動したものであるが、本形態ではデータバッファが2つあるため、撮影と転送とを同時に行える。本ステップの追加は、一方のデータバッファでの画像データ転送の処理が終わるまで、他方のデータバッファによる次の画像データの転送を待つ必要があるためである。
ステップ205では、ステップ204で前のデータ転送が終了したと判断されたことに基づき、次のデータ転送を始める。
第1の実施形態の場合と同様に図6を用いて、画像データの転送等の開始タイミングを説明する。なお、図3と同様に眼の動き109において図中上側は眼が開いた状態を、下側は瞬きにより眼が閉じた状態を、中間は瞬き後の視線が安定していない状態を、各々示す。
瞬きが検知されるまでの期間210で取得した画像データを第1のデータバッファ106−1に記憶し、瞬きを検知した後は第1のデータバッファ106−1を転送バッファに切り替え期間211で為される画像データの転送を開始する。視線が安定した後、断層画像の撮影を開始し、取得したデータを第2のデータバッファ106−2に記憶する。次に瞬きの検知に応じて、同様に、第2のデータバッファ106−2を転送バッファに切り替え、期間213で行われる第2のデータバッファ106−2からの画像データの転送を開始する。
第2のデータバッファ106−2からの画像データの転送と並行して視線の安定を待ち、視線の安定後に期間214に示される再度第1のデータバッファ106−1を用いた画像データの記憶、すなわち撮影を行う。
ここで、期間213の様に、瞬き後も画像データの転送が終わらないときは画像データ転送の終了を待ち、終了判定の後に期間215に示される第1のデータバッファ106−1からのデータ転送を行う。
以上の本実施の形態の構成、及びこれら構成の動作によれば、データバッファを2つ持ち、瞬き、視線の安定のタイミングで交互に撮影、画像データの記録、転送を行うことで、撮影を停止することなく、撮影、データ転送を行うことが出来る。
[第3の実施形態]
スキャナをX方向に走査することで1画面分のBスキャン像(断層画像)が取得される。上記取得途中で瞬きが発生した場合には、当該1画面分のBスキャン像を使用することはできない。第1および第2の実施の形態では、Bスキャン1画面単位でPCにデータを転送するのではなく、バッファにデータがあれば、その全てを転送する。PCはデータにノイズ成分が含まれていることで瞬きの発生を知ることができて、Bスキャン1画面分のデータ量を知っているため、瞬きが発生した当該1画面分のBスキャン像を無視することができるが、そのためにPCの負荷が大きくなっていた。第3の実施形態では、瞬きが発生していないBスキャンデータだけを1画面単位でPCに転送することで、PCの負荷を低減するものである。
図7に本実施の形態における処理動作のフローチャートを示す。本実施の形態における画像取得装置であるシステム全体のブロック図および処理動作のタイミングチャートは第1の実施の形態と同じであるため図示および説明を省略する。
図7のステップ301で撮影が開始されると、ステップ302でデータバッファのライトポインタとリードポインタの双方を初期化する。ライトポインタは瞬きなく撮影できたBスキャン像のデータバッファの位置を指している。また、リードポインタはPCにデータ転送すべきデータバッファの位置を指している。ステップ303でスキャナをX方向に走査しBスキャン像を1画面分取得し、ステップ304で瞬きの有無を検知する。当該1画面分のBスキャン像において瞬きが発生しなかった場合には、ステップ305でライトポインタに1を加算して、ステップ306でスキャナの走査位置をY方向に移動する。ステップ307で画像取得が終了しているか否かを確認し、終了していなければ、ステップ303に戻り、終了していれば、ステップ308で全てのBスキャンデータをPCに転送してステップ309で終了する。
ステップ304で瞬きを検知した場合には、ステップ310でライトポインタとリードポインタが等しいか否かを確認する。ライトポインタとリードポインタが等しくない場合は、データバッファからPCに転送すべきBスキャンデータが存在することを意味し、ステップ311でBスキャン1画面分のデータをデータバッファからPCに転送する。そして、ステップ312でリードポインタに1を加算して、ステップ310に戻る。すなわち、ステップ310からステップ312において、瞬きが発生していないBスキャンデータだけを1画面単位でPCに転送することができる。
ステップ310でライトポインタとリードポインタが等しい場合は、データバッファからPCに転送すべきBスキャンデータが存在しないことを意味するので、ステップ313で瞬きの終了を確認し、ステップ314で視線が安定したことを確認して、ステップ303に戻る。
以上の動作で、本実施の形態によれば、瞬きが発生していないBスキャンデータだけを1画面単位でPCに転送することとなり、PCの負荷を低減することができる。本実施の形態はデータバッファが1つの場合を説明したが、データバッファが複数ある場合においても、瞬きが発生していないBスキャンデータだけを1画面単位でPCに転送することが可能であることは説明するまでもない。
また、視線安定のために通常用いられる、固視灯の状態(色、形状等)を例えば変更手段によって、適宜変えることで、被験者に瞬きを促し、より確実に上記効果を得ることが出来る。この場合、検知手段は、変更手段による固視灯の状態の変更に基づいて被検眼の瞬きを検知する構成とすることも可能である。
それにより、瞬きの間隔が長い被検眼を対象にした場合においても、撮影、転送が停止することなく、撮影が行え、結果として撮影時間を短縮することが出来る。
(その他の実施形態)
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。
101:OCT装置
102:コンピュータ
103:OCT光学系
104:ラインセンサ
105:画像処理回路
106、106−1、106−2:データバッファ
107:通信回路
108:制御系
109:眼の動きのグラフ

Claims (15)

  1. 画像取得装置であって、被検眼の断層画像を取得する取得手段と、
    前記断層画像を外部装置に送信する制御手段と、
    前記取得した断層画像を記憶する記憶手段と、
    前記被検眼の瞬きを検知する検知手段と、を有し、
    前記検知手段が前記被検眼の瞬きを検知した場合に、前記制御手段は、前記記憶手段に記憶された前記断層画像を外部装置に送信することを特徴とする画像取得装置。
  2. 前記取得手段が、前記眼底からの戻り光と、参照光を干渉させる干渉手段と、
    前記干渉手段による干渉光を受光する受光手段と、
    前記受光手段により受光した前記干渉光に基づき、前記断層画像を生成する生成手段とから構成されることを特徴とする請求項1に記載の画像取得装置。
  3. 前記制御手段は、前記瞬きを検知した場合に前記断層画像の取得を中断させることを特徴とする請求項1又は2に記載の画像取得装置。
  4. 前記検知手段は、前記瞬きの終了を検知し、
    前記制御手段は、前記検知手段が前記被検眼の瞬きの終了を検知した場合に前記断層画像の取得を再開させることを特徴とする請求項3に記載の画像取得装置。
  5. 前記制御手段は、前記瞬きの終了を検知した場合、所定の時間の経過後に前記断層画像の取得を再開させることを特徴とする請求項4に記載の画像取得装置。
  6. 前記被検眼の眼底で光を走査する走査手段を有し、
    前記制御手段は、前記取得手段が前記断層画像の取得を中断した前記走査手段の走査位置に基づいて前記断層画像の取得を再開させることを特徴とする請求項4又は5に記載の画像取得装置。
  7. 前記中断した前記走査手段の副走査位置に基づいて前記断層画像の取得を再開するか否かを判断する判断手段を有し、
    前記判断手段が前記再開を判断した場合に前記断層画像の取得を再開することを特徴とする請求項6記載の画像取得装置。
  8. 前記判断手段が前記再開を判断した場合、前記副走査位置に基づいて前記断層画像の取得を再開する該走査手段の副走査位置を決定する決定手段を有することを特徴とする請求項7に記載の画像取得装置。
  9. 前記断層画像を前記外部装置に送信する場合に、前記瞬きが発生していない断層画像を一枚ずつ送信することを特徴とする請求項1乃至8の何れか1項に記載の画像取得装置。
  10. 前記被検眼の固視のための固視灯と、
    前記被検眼に瞬きを促すために、前記固視灯の状態を変更させる変更手段と、を更に有し、
    前記検知手段は、前記固視灯の状態の変更に基づいて前記被検眼の瞬きを検知することを特徴とする請求項1乃至9の何れか1項に記載の画像取得装置。
  11. 画像取得装置の制御方法であって、
    被検眼の断層画像を取得する取得工程と、
    前記断層画像を外部装置に送信する送信工程と、
    前記取得した断層画像を記憶手段に記憶する記憶工程と、
    前記断層画像を取得中に前記被検眼の瞬きを検知する検知工程と、を有し、
    前記検知工程により前記被検眼の瞬きを検知した場合に、前記送信工程では、前記記憶手段に記憶された前記断層画像を前記外部装置に送信することを特徴とする制御方法。
  12. 請求項11に記載の制御方法をコンピュータで実行するプログラム。
  13. 画像取得装置であって、
    被検眼の断層画像を取得する取得手段と、
    前記被検眼の眼底で光を走査する走査手段と、
    前記被検眼の瞬きを検知する検知手段と、
    前記検知手段が前記被検眼の瞬きを検知した場合に前記断層画像の取得を中断させた後、該中断した前記走査手段の走査位置に基づいて前記断層画像の取得を再開する制御手段と、
    を有することを特徴とする画像取得装置。
  14. 前記中断した前記走査手段の副走査位置に基づいて前記断層画像の取得を再開するか否かを判断する判断手段を有し、
    前記判断手段が前記再開を判断した場合に、前記取得手段による前記断層画像の取得を再開することを特徴とする請求項13記載の画像取得装置。
  15. 前記判断手段が前記再開を判断した場合、前記副走査位置に基づいて前記断層画像の取得を再開する該走査手段の副走査位置を決定する決定手段を有することを特徴とする請求項14に記載の画像取得装置。
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