JP2012211797A - 光干渉断層画像生成装置の制御装置、制御方法及び制御プログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】OCT装置(光干渉断層画像生成装置)1のOCT制御装置100は、レーザ光に同期してガルバノミラー33を制御することで撮影を行うと共にディテクタ23の検出信号を変換したデータから被写体のOCT画像(光干渉断層画像)を生成する制御を行うものであって、被写体の内部情報を測定するためにガルバノミラー33にサンプルSの撮影対象範囲を所定ピッチで走査させる測定指示の入力を受け付けたと判別したときに撮影を開始し、所定ピッチに応じた撮影時間で撮影を終了する第1撮影制御手段141と、ガルバノミラー33に撮影対象範囲を前記所定ピッチよりも粗いピッチで走査させるプレビュー指示の入力を受け付けたと判別したときに撮影を開始し、プレビュー指示を解除する指示として前記測定指示の入力を受け付けたと判別したときに撮影を終了する第2撮影制御手段142とを備える。
【選択図】図3
Description
また、歯科用のために、前記したTD−OCTが試されていたが、SS−OCTはTD−OCTに比べて、高感度かつ高速にデータを取得できることから、モーションアーチファクト(体動によるゴースト)に強いという特徴がある。
眼科用のOCT装置では、診断に用いる詳細な画像を撮影する前に、被写体の概略画像を取得する技術が知られている(特許文献1参照)。
特許文献1に記載の撮影装置は、OCT装置で実現した断面画像取得部と、正面画像を取得するための眼底カメラやSLO(Scanning Laser Ophthalmoscope)などによって実現される正面画像取得部とを備え、正面画像取得部が被写体の概略画像を取得するものである。
OCT装置(光干渉断層画像生成装置)の構成の概要について、OCT装置によって撮影する被写体を、歯科の患者の診断対象の歯牙であるものとして図1および図2を参照して説明する。図1および図2に示すように、OCT装置1は、光学ユニット部(光学ユニット)10と、診断プローブ部(プローブ)30と、制御ユニット部(制御ユニット)50と、を主に備える。
光学ユニット部(光学ユニット)10は、一般的な光コヒーレンストモグラフィの各方式が適用可能な光源、光学系、検出部を備えている。図2に示すように、光学ユニット部10は、サンプル(被写体)Sにレーザ光を周期的に照射する光源11と、サンプルSの内部情報を検出するディテクタ(検出器)23と、光源11とディテクタ23との間の光路中に設けられた光ファイバや各種光学部品等を備えている。
光源11から射出された光は、光分割手段であるカップラ12により、計測光と参照光とに分けられる。計測光は、サンプルアーム13のサーキュレータ14から診断プローブ部30に入射する。この計測光は、診断プローブ部30のシャッタ31が開状態において、コリメータレンズ32、ガルバノミラー(走査機構)33を経て集光レンズ34によってサンプルSに集光され、そこで散乱、反射した後に再び集光レンズ34、ガルバノミラー33、コリメータレンズ32を経てサンプルアーム13のサーキュレータ14に戻る。戻ってきた計測光はカップラ16を介してディテクタ23に入力する。
この場合、光源11は、例えば、中心波長1310nm、掃引波長幅100nm、掃引速度50kHz、可干渉距離(コヒーレント長)が14mmの性能のものが好ましい。ここで、可干渉距離とは、パワースペクトルの減衰が6dBとなるときの距離に相当する。なお、可干渉距離は10mm以上48mm未満の高コヒーレントなものが好ましいが、これに限定されるものではない。被写体が例えば臼歯の場合、その深さ方向(光軸方向)のより深い位置のデータまで取得できることが好ましく、10mm以上あれば、歯牙特有のもの(う蝕等)を撮影することが可能だからである。また、48mm以上の可干渉距離を有する光源を搭載するOCT装置は理論上可能であるが、この光源は波数(波長)を階段状に掃引するというSS−OCT方式であるため、掃引速度や分解能などを含めた総合的性能をこの光源に求めると、光源自体の製作が困難になるため可干渉距離を48mm未満とするのが現実的である。
診断プローブ部(プローブ)30は、レーザ光を2次元走査するガルバノミラー(走査機構)33を含み、光学ユニット部10からのレーザ光をサンプルSに導くと共に、サンプルSで反射した光を光学ユニット部10に導くものである。
制御ユニット部(制御ユニット)50は、図2に示すように、AD変換回路51と、DA変換回路52と、ガルバノミラー制御回路53と、表示装置54と、OCT制御装置100とを備える。
OCT制御装置100は、図3に示すように、入出力手段110と、記憶手段120と、演算手段130と、を備えたコンピュータと、このコンピュータにインストールされたプログラムとから構成される。
記憶手段120は、上記プログラム等の予め記憶したデータ、マウス等の入力装置Mから入力された患者個人情報122、演算手段130による演算処理結果(例えば画像情報123)、その他の各種情報を記憶するために、RAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)等のメモリやハードディスク等を備える。
200測定時には、サンプルSの表面に対応した、200×200ピクセルのポイントにてAラインデータを取得し、その画像情報を表示させる。
300測定時には、サンプルSの表面に対応した、300×300ピクセルのポイントにてAラインデータを取得し、その画像情報を表示させる。
400測定時には、サンプルSの表面に対応した、400×400ピクセルのポイントにてAラインデータを取得し、その画像情報を表示させる。
ここで、いずれかの測定モードの撮影により取得された検出信号は、画像処理手段150で画像処理される。
本実施形態では、プレビューモードは、光源11の掃引速度50kHzのときに、サンプルSの表面に対応した、例えば128×128ピクセルのポイントにてAラインデータを取得し、その画像情報を表示させる。また、本実施形態では、プレビューモードは、前記した測定指示でいずれかの測定モードになるときに終了するものとする。つまり、プレビュー指示を解除する指示は、測定指示が兼用している。
並列方式の場合、利用者は、プレビュー指示と測定指示との各操作に応じて、フットスイッチを踏み込む。
2段階踏込方式の場合、利用者は、フットスイッチを1段階踏み込んだときに当該踏み込みに対応した第1のスイッチ信号が撮影制御手段140に対して通知される。また、利用者が、1段階目よりも深く踏み込んだときに第2のスイッチ信号が撮影制御手段140に対して通知される。以下では、フットコントローラ80は、2段階踏込方式であるものとして説明する。
画像処理手段150は、サンプルSを撮影して取得したデータから、サンプルSにおける光軸に沿った方向の断層面のOCT画像と、サンプルSの光軸に垂直な方向のスキャン面の2次元画像と、サンプルSの3D画像と、をそれぞれ生成し、生成した各画像を当該サンプルSの画像情報として表示装置54の1画面表示において表示させる制御を行う。このために、画像処理手段150は、図3に示すように、オンファス画像生成手段151と、OCT画像生成手段152と、レンダリング手段153と、を備える。
本実施形態では、オンファス画像生成手段151は、サンプルSを撮影して取得したサンプルSにおける光軸に沿った方向のそれぞれのデータ(後記するAラインデータ)で示される強度を平均化した値を、ガルバノミラー33で走査する2次元方向に対してそれぞれ求めることで、オンファス画像を生成することとした。生成されたオンファス画像は表示装置54に表示される。オンファス画像を生成する処理の流れについては後記する。なお、後記するように、オンファス画像を生成する過程で、サンプルSの3D画像が生成される。
<動作モード>
本実施形態のOCT制御装置100の動作モードの概略について説明する。
≪プレビューモード≫
OCT制御装置100は、外部から、プレビュー指示の入力を受け付けたと判別したときに撮影を開始し、測定指示の入力を受け付けたと判別したときに撮影を終了する。また、OCT制御装置100は、プレビューモード時の撮影により取得された検出信号を画像処理する。表示装置54における画面表示例を図9に示す。なお、詳細については後記するが、図9はオンライン画面を示す。ここで、オンラインとは、診断プローブ部30−光学ユニット部10−制御ユニット部50−表示装置54のラインが繋がっていて、診断プローブ部30で取得した情報をそのままリアルタイムで表示装置54に表示することを意味する。
OCT制御装置100は、外部から、測定指示の入力を受け付けたと判別したときに撮影を開始し、所定の解像度に応じた撮影時間で撮影を終了する。また、OCT制御装置100は、測定モード時の撮影により取得された検出信号を画像処理する。表示装置54における画面表示例を図9および図10に示す。なお、詳細については後記するが、図9はオンライン画面、図10はオフライン画面を示す。ここで、オフラインとは、診断プローブ部30で取得した情報をそのまま表示装置54に表示するのではなく、前記したオンラインで取得して記憶手段120に格納した情報を、オンラインを一旦抜けて、その後、読み出して表示装置54に表示することを意味する。
入力モードは、プレビューモードや測定モードの前に行う動作モードである。入力モードにおいて、OCT制御装置100は、外部から、患者の個人情報や撮影対象の歯番等の患者個人情報122の入力を受け付け、患者ファイル121を作成する。
保存モードは、測定モードの後に行う動作モードである。保存モードにおいて、OCT制御装置100は、外部から、画像情報を保存する操作の入力を受け付け、患者ファイル121において、患者個人情報122と、撮影された画像情報123とを紐付ける。
検索モードは、保存モードの後に行う動作モードである。検索モードにおいて、OCT制御装置100は、外部から、画像情報を検索する操作の入力を受け付け、記憶手段120に記憶された患者ファイル121から所望の画像情報123を抽出して表示装置54に表示する。
OCT制御装置100が2次元のOCT画像を生成し、さらに立体のスキャンを行う手順について、図5および図6を参照(適宜図3参照)して説明する。
事前に、患者の歯牙(サンプルS)の位置付けを行う。また、利用者の操作に基づいて、走査エリア選択制御手段143は、ガルバノミラー33で走査する範囲を、例えば図4(a)に示す範囲S,M,Lの中から決定する。
以下、立体スキャンの具体例について説明する。
本実施形態では、例えば、1152ポイントのAラインデータを取得する。この場合、診断プローブ部30のノズル先端に位置付けされたサンプルSの位置に合わせた立方体の仮想空間(一辺L)を想定し、その仮想空間のノズル側最表面を示す第0番目のポイントを波形データの開始点、仮想空間の深さ側の最表面を示す第1151番目のポイントを波形データの終了点として、1152ポイントのAラインデータを取得する。なお、各々の点が深さの位置を示すわけではない。
ここでは、オンファス画像の生成処理について、図7を参照して説明する。
ステップS11〜S15の各処理は、ステップS1〜S5の各処理と同様なので、説明を省略する。続いて、画像処理手段150のオンファス画像生成手段151は、Aラインデータ分を加算する(ステップS16)。ここでは、AラインデータをFFT処理した結果として、例えば、1024個の周波数成分が求められている場合、1024個の周波数成分をすべて加算した総和を求める。
ここでは、画像処理のタイミングの具体例について、図8を参照して説明する。
図8は、本発明の実施形態に係るOCT制御装置100による画像処理のタイミングチャートの一例である。
図8(a)は、光源11が出力する走査トリガ(trigger:図2参照)を示す。
図8(b)は、DA変換回路52が出力する開始トリガ(アナログ出力)を示し、図8(a)と同様のパルス波形である。
図8(c)は、ガルバノミラー制御回路53がX方向ガルバノミラー33Xに出力するX方向のアナログ出力電圧を示す。
図8(d)は、ガルバノミラー制御回路53がY方向ガルバノミラー33Yに出力するY方向のアナログ出力電圧を示す。
図8(e)は、光源11が出力するクロック(ck:図2参照)であってOCT画像を生成するためのクロックを示す。
スタート後の15パルスの期間を待って、図8(a)に示すAの時刻にて、立体スキャンを開始し、図8(a)に示すBの時刻にて、1ボリュームの立体スキャンを終了する。計測時は、Bの時刻で計測を終了する。プレビュー時は、Bの時刻に続いてAの時刻に戻って処理を繰り返す。
<オンライン画面>
ここでは、オンライン画面の具体例について、図9を参照して説明する。
このオンライン画面では、画像情報として、図9の左側に配置された3D画面、図9の中央下側に配置されたオンファス画面、図9の中央上側に配置されたOCT画面が表示されている。
オンライン画面上部の右側には、操作ボタンとして、「Preview」、「Measure」、「400×400」、「ZeroAdj」、「Save」、「Setting」、「Exit」等が配置されている。
また、2段階踏込方式の代わりに並列方式を採用した場合、利用者は、「Yes」と「No」に応じたそれぞれのフットスイッチを踏み込む。ここで、「Yes」と「No」に応じたそれぞれのフットスイッチは、第1および第2のスイッチ信号を出力するスイッチが機能を兼用することができるが、フットコントローラ80に専用のフットスイッチを別に設けても構わない。
「Window Width」は、コントラストの調整幅を決めるためのバーである。
「Window Level」は、Window Widthの中央値を決めるためのバーである。
「Gamma」は、コントラスト調整が可能となるように弱い信号を強調するためのバーである。なお、図示する例では、「3D画面」を指定して調整を下のスライダで行った様子を示している。
ここでは、オフライン画面の具体例について、図10を参照して説明する。
オフライン画面は、画像情報として、図10の左側に、保存データからレンダリングされた3D画面を表示している。
図10の中央左上に配置されたOCT画面は、S面(オンファス画像のサンプルS面)に平行な断面で切った断層像を示す。
図10の中央右上に配置されたOCT画面は、L面に平行な断面で切った断層像を示す。
図10の中央左下に配置されたOCT画面は、A面に平行な断面で切った断層像を示す。
図10の中央右下に配置されたオンファス画面は、S面(オンファス画像のサンプルS面)側から見たオンファス画像を表示している。
オンライン画面上部の中央には、撮影日および撮影部位が表示されている。
オフライン画面上部の右側には、操作ボタンとして、「Export」、「Exit」等が配置されている。
「Export」は、画像データを変換して出力するためのボタンを示す。
「Exit」は、このオフライン画面から抜け出て、前の画面またはトップ画面に戻るためのボタンを示す。
また、本実施形態では、SS−OCT方式を用いて説明したが、SD−OCTやTD−OCTを用いてもよい。
また、診断プローブ部30において、図4(b)に示すノズル先端は、サンプルSが前歯の場合に用いることが好ましく、サンプルSが臼歯の場合、レーザ光を直角に反射することのできる部材をノズル先端に装着することが好ましい。
本発明において、被写体は、歯牙に限定されるものではない。また、歯科以外の医療機器、非破壊検査等に本発明を適用してもよい。
10 光学ユニット部(光学ユニット)
11 光源
12 カップラ
13 サンプルアーム
14 サーキュレータ
15 偏光コントローラ
16 カップラ
17 レファレンスアーム
18 サーキュレータ
19 コリメータレンズ
20 集光レンズ
21 レファレンスミラー
22 偏光コントローラ
23 ディテクタ(検出器)
30 診断プローブ部(プローブ)
31 シャッタ
32 コリメータレンズ
33 ガルバノミラー(走査機構)
33X X方向ガルバノミラー
33Y Y方向ガルバノミラー
34 集光レンズ
50 制御ユニット部(制御ユニット)
51 AD変換回路
52 DA変換回路
53 ガルバノミラー制御回路
54 表示装置
60 ケーブル
70 単関節アーム
70A 多関節アーム
80 フットコントローラ
100 OCT制御装置
110 入出力手段
120 記憶手段
121 患者ファイル
122 患者個人情報
123 画像情報
130 演算手段
140 撮影制御手段
141 第1撮影制御手段
142 第2撮影制御手段
143 走査エリア選択制御手段
150 画像処理手段
151 オンファス画像生成手段
152 OCT画像生成手段
153 レンダリング手段
160 ファイル作成処理手段
M 入力装置
S サンプル(被写体)
Claims (7)
- 被写体にレーザ光を周期的に照射する光源と前記被写体の内部情報を検出する検出器とを含む光学ユニットと、前記レーザ光を2次元走査する走査機構を含み前記光学ユニットからのレーザ光を前記被写体に導くと共に前記被写体で反射した光を前記光学ユニットに導くプローブと、前記レーザ光に同期して前記走査機構を制御することで撮影を行うと共に前記検出器の検出信号を変換したデータから前記被写体の光干渉断層画像を生成する制御を行う制御装置および前記光干渉断層画像を表示する表示装置を含む制御ユニットと、を備える光干渉断層画像生成装置の前記制御装置であって、
外部からの入力に基づいて、予め定められた撮影モードの撮影を行う撮影制御手段と、
撮影により取得された前記検出信号を画像処理する画像処理手段と、
を備え、
前記撮影制御手段は、
前記被写体の内部情報を測定するために前記走査機構に前記被写体の撮影対象範囲を所定ピッチで走査させる測定指示の入力を受け付けたと判別したときに撮影を開始し、前記所定ピッチに応じた撮影時間で撮影を終了する第1撮影制御手段と、
前記走査機構に前記撮影対象範囲を前記所定ピッチよりも粗いピッチで走査させるプレビュー指示の入力を受け付けたと判別したときに撮影を開始し、前記プレビュー指示を解除する指示の入力を受け付けたと判別したときに撮影を終了する第2撮影制御手段と、
を備えることを特徴とする光干渉断層画像生成装置の制御装置。 - 前記制御ユニットは、前記撮影制御手段に対して有線または無線で通信可能に接続されたフットコントローラを備え、前記フットコントローラは、第1のスイッチおよび第2のスイッチを有し、利用者が足で前記第1のスイッチまたは前記第2のスイッチを操作したときに当該いずれかのスイッチに対応して第1のスイッチ信号または第2のスイッチ信号を前記撮影制御手段に対して通知し、前記第2撮影制御手段は、前記フットコントローラから前記第1のスイッチ信号の入力を受け付けたときに、前記プレビュー指示の入力を受け付けたと判別し、前記第2のスイッチ信号の入力を受け付けたときに前記プレビュー指示を解除する指示の入力を受け付けたと判別し、前記第1撮影制御手段は、前記フットコントローラから前記第2のスイッチ信号の入力を受け付けたときに、前記測定指示の入力を受け付けたと判別することを特徴とする請求項1に記載の光干渉断層画像生成装置の制御装置。
- 前記撮影制御手段は、
前記被写体の撮影対象範囲として、予め定められた広さの異なる複数のエリアの中から利用者によって選択されたエリアの入力を受け付け、前記受け付けたエリアにしたがって前記走査機構で走査する範囲を選択する制御を行う走査エリア選択制御手段をさらに備え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画像生成装置の制御装置。 - 前記画像処理手段は、
前記被写体を撮影して取得したデータから、前記被写体における光軸に沿った方向の断層面の光干渉断層画像と、前記被写体の光軸に垂直な方向のスキャン面の2次元画像と、前記被写体の3D画像と、をそれぞれ生成し、生成した各画像を当該被写体の画像情報として前記表示装置の1画面表示において表示させる制御を行うことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の光干渉断層画像生成装置の制御装置。 - 前記画像処理手段は、
前記被写体における光軸に垂直な方向のスキャン面の2次元画像として、前記レーザ光が照射された前記被写体の表面の情報と、当該被写体における光軸に沿った方向の情報とが合わさった画像であるオンファス画像を生成することを特徴とする請求項4に記載の光干渉断層画像生成装置の制御装置。 - 被写体にレーザ光を周期的に照射する光源と前記被写体の内部情報を検出する検出器とを含む光学ユニットと、前記レーザ光を2次元走査する走査機構を含み前記光学ユニットからのレーザ光を前記被写体に導くと共に前記被写体で反射した光を前記光学ユニットに導くプローブと、前記レーザ光に同期して前記走査機構を制御することで撮影を行うと共に前記検出器の検出信号を変換したデータから前記被写体の光干渉断層画像を生成する制御を行う制御装置および前記光干渉断層画像を表示する表示装置を含む制御ユニットと、を備える光干渉断層画像生成装置の制御方法であって、
前記制御装置は、
外部からの入力に基づいて、予め定められた撮影モードの1つとして、前記被写体の内部情報を測定するために前記走査機構に前記被写体の撮影対象範囲を所定ピッチで走査させる測定指示の入力を受け付けたと判別したときに撮影を開始し、前記所定ピッチに応じた撮影時間で撮影を終了する工程と、
外部からの入力に基づいて、予め定められた撮影モードの他の1つとして、前記走査機構に前記撮影対象範囲を前記所定ピッチよりも粗いピッチで走査させるプレビュー指示の入力を受け付けたと判別したときに撮影を開始し、前記プレビュー指示を解除する指示の入力を受け付けたと判別したときに撮影を終了する工程と、
前記いずれかの撮影モードの撮影により取得された前記検出信号を画像処理する工程と、を含んで実行することを特徴とする光干渉断層画像生成装置の制御方法。 - 請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載の光干渉断層画像生成装置の制御装置の各手段として、コンピュータを機能させるための光干渉断層画像生成装置制御プログラム。
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