JP2012505729A - 眼の画像化装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明は、拡張瞳孔または非拡張瞳孔を介した網膜画像の広域及び／又は拡大図を観察するのに適したスリットランプを搭載した画像化装置を統合する方法を提供する。
【解決手段】
この装置は前眼部と後眼部、及び両者間のセクション／焦点面を映像化し、１以上のＬＥＤ、移動する光学要素、及び／又は開口絞りを利用する照明システムを含む。光は光学システムの光軸に沿って、または光軸を外れて光学システム内に送られ、網膜から画像化パスを戻り、網膜の異なる位置にアーチファクトを発生させる。画像化処理で画像からアーチファクトを検出して除去する。この装置は非拡張瞳孔、非薬理学的に拡張された瞳孔または２ｍｍ程度の瞳孔を介した網膜画像化に適している。反射アーチファクトを含んだ複数の画像が発生され、その後に画像化処理を通じて複合無アーチファクト画像となるように組み合わされる。

Description

本発明は一般的に人の眼の画像化に関する。特に眼の角膜、水晶体及び前房を含む前眼部、並びに眼底色等の様相を映像化するために眼底を含んだ後眼部の映像化に関し、さらには蛍光眼底血管造影、ＩＣＧ血管造影、レッド・フリー、ブルー、レッド、近赤外（ＮＩＲ）、赤外（ＩＲ）その他様々な波長である種々タイプの自己蛍光及びフラボタンパク質自己蛍光、並びに網膜周期を含んだその他の蛍光の光が関わる身体機能部の影像化に関する。

本願は米国仮特許願第６１１０５９０１号（２００８年１０月１６日出願）及び米国特許願第１２５８０２４７号（２００９年１０月１５日出願）の優先権を主張する。

本特許願の内容の一部は著作権保護の対象である内容を含む。著作権の所有者は本特許願のファックス伝送並びに特許庁における開示／記録は承認し、その他に関しては全著作権を保有する。

多くの一般眼科医及び一般検眼士は、現行装置が高価であり、画像が粗く、患者の眼に正確に視準させるのが困難であり、スタッフが訓練不足であり、画像が容易に撮影できず、装置自体の性能並びに画像化の価値を臨床医が明瞭に理解しない、等々の理由によって眼の画像化装置（従来の眼底カメラまたはスリットランプでの画像化）を十分に利用していない。検査医は網膜の検査には大きく拡張された瞳孔を好むが、瞳孔の拡張は常に可能であるとは限らず、また患者にとって快適であるとも限らない。瞳孔が非拡張状態または拡張状態である際のゴースト現象その他の反射現象に対処する際の問題及び患者の非協力傾向は日常的なことである。

網膜画像化装置（眼底カメラ）の採用は網膜の亜流分野であった。ここでは経験豊かな技能者が複雑な機械を操作するように訓練されていた。非散瞳眼底カメラによる一般的な眼科及び検眼の市場は広がりを見せているが、そのような装置は高価であり、利用が困難であり、操作が複雑であるため幅広い装置の利用が妨げられてきた。これら装置は個別の独立装置であることが多いために広い追加検査スペースが必要であり、主要な眼の検査が行われる検査経路での設置には不便である。多くの検査機関は現存装置を患者の検査領域に設置しているが、上述の理由等によりさほど活用されていない。現行のスリットランプ（細隙灯）画像化システムは操作が難しく、画像からの鏡反射及びその他の反射要素を除去しない。さらに照明の制御は簡単ではなく、広域に亘る網膜画像化には最適とはいえない。眼底カメラは網膜の照明に環帯を利用する。従って画像を撮影するには拡張された瞳孔を必要とする。これら装置は患者の瞳孔に正確に位置を合わせるのが困難である。

さらに現行システムによっては照明のために点光源が利用されるが、システムの網膜の撮像域は大きく制限され、光学アーチファクト（人工要素）が頻繁に発生し、それらの除去は困難であり、画像の質は一般的に低い。他のシステムは高価なレーザ走査システムを利用しており、カラー画像モードは提供されない。レーザ走査システムによっては中央部にアーチファクトが発生し、その他の反射現象も起きる。レーザ走査システムは特化された診断機能（蛍光血管造影、ＩＣＧ血管造影、自己蛍光）によって網膜分野を特に標的にしてきた。

老人人口の増加および眼病の広がりによって、自動操作が可能であり、眼科及び検眼の巨大市場のための費用効率に優れ、小さな瞳孔を通して画像化でき、操作が簡単で、良好な画像品質をアーチファクトが介在しない画像で提供できる網膜画像の大きな需要が存在する。

本発明は、拡張瞳孔または非拡張瞳孔を介した網膜画像の広域及び／又は拡大図を観察するのに適したスリットランプを搭載した画像化装置を提供することを目的としている。

この画像化装置は前眼部と後眼部、並びに前眼部と後眼部との間のセクション／焦点面を画像化できる。この画像化装置は集束光照明システム、開口絞り、コントローラ及びデジタルカメラサブシステムを含む。この集束光照明システムは１以上の光源またはＬＥＤのごとき１体の移動光源または回転光源を含む。これらは光軸に沿って、あるいは少々光軸外れ状態で光学システムの中央部から光学システム内に搬入され、網膜から画像化パス（画像情報を含む光線の経路）を戻ることができる。この画像化装置は光線を眼内に送り、広範囲に網膜を照明し、グレア（眩光）を減少させ、アーチファクトおよびゴースト現象を排除する。この開口絞り、光学部品の位置、及び／又は軸外照明は不都合な反射やグレアが網膜画像内に形成されることを防止する。しかしながら主たるアーチファクトは回避されず、画像処理の過程で取り除かれ、明確に異なる位置にアーチファクトを含んだ複数の画像を撮影する。この画像処理は、１以上の画像からのアーチファクトの自動検出、アーチファクトの除去、アーチファクトを排除するために複数の画像のモンタージュ作成とで構成される。開口部と照明が非拡張状態の瞳孔の直径に応じてサイズ化されて配置されていれば、画像化装置は非薬理学的に拡張されているか、あるいはせいぜい２ｍｍの直径である非拡張瞳孔を通して網膜を観察して画像化するのに適している。開口部はユーザによって固定されるか、調整可能である。また開口部は自動的に瞳孔サイズを検出し、自動的に開口サイズと照明状態を最良化し、最良の画像撮影発動条件を自動検出する。画像化装置はスリットランプに搭載できるが、別体であるチンレスト（顎置台）・ジョイスティック構造物においても利用できる。また画像化装置は現存のスリットランプ光学要素、ビームスプリッタ、アダプタ、その他の要素を利用でき、スリットランプに取り付け可能な別体ハウジング内に画像化装置の照明／光学機能部を収納し、同時にスリットランプ画像化機能およびサブシステムを利用できる。

前述は本発明の好適実施形態の概要を解説するものであり、当技術分野の技術者による以下の詳細な説明の理解を助けるために提供されている。本発明の追加の特徴は本発明請求項において解説されている。当該技術者であればここで開示されている技術内容および特定の実施例が、本発明の目的を実行に移すための構造設計または修正の基礎として容易に利用できること、並びにそのような構造は本発明の思想並びに請求の範囲内であることを理解するであろう。

本発明の他の形態、特徴および利点は以下の詳細な説明、請求の範囲及び添付の図面からさらに明確となるであろう。

本発明の原理に従った装置の概略図である。 本発明によるチンレスト・ジョイスティック構造体の光学装置の側面図である。 本発明で利用されるコンピュータシステムの概略図である。 本発明の原理に従った画像撮影並びに画像処理のステップを表すフロー図である。

網膜画像化は、網膜を照明するアニュラス灯を利用する眼底カメラにより伝統的に実施されてきた。ここでは戻り画像パスは照明アニュラス灯の中央部を通過する。これら装置は、小径である瞳孔に合わせてアニュラス灯を可能な限り小型化すべく、複雑な照明パス（照明光の通過経路）及び画像化パスを有することが多かった。このような装置はまた中央部を通って戻れるように画像化のための十分に余裕のある開口部を残し、光学アーチファクト並びに反射現象を排除している。このような歴史的な光学設計思想は、角膜及び他の物体の表面からの反射現象を引き起こさずに広域画像化を実現するために利用された。もし反射減少を含まない画像が望まれるなら、点光源に基づいた従来の検眼鏡（直接、間接、スリットランプ型、等々である検眼鏡）が限定された撮像視野を提供する。点光源を利用する従来の網膜画像化システムは、反射とアーチファクトは排除するものの最大で約３０°の撮像視野を達成するだけであった。レーザ走査検眼鏡のごとき他のシステムは、走査ミラーと走査レーザを利用することで点光源利用の装置（スリットランプ網膜画像化装置、等々）よりも広い撮像視野を提供する。しかし他の装置（Optos Optomap）は走査システムと大型パラボラミラーを利用することで小さな瞳孔を通して広撮像視野の画像化を達成する。だがこれらソリューションはしばしば非常に高価で、走査要素及び／又は画像撮影要素を制御する複雑な光学要素セットを採用している。従来からの対策は、小さな瞳孔にも対処でき、広い撮像視野（４０°以上で超広域視野である２００°までの撮像視野）を提供し、アーチファクトと反射を排除できるコスト効率が良くて網膜画像化する性能を備えることであった。この対策はこれらのパラメータを全て提供でき、コストパーフォーマンスに優れ、患者と医者による利用を容易にするように取り付けられるスリットランプを利用する。本発明は上述の問題を解消する画像処理技術を活用し、新規な光学設計及び光源を通じてそれぞれの問題を解消することができる。

開示されている本発明の画像化装置は眼の画像化に使用できる。限定はしないがこれには前眼部（角膜、水晶体、前眼房）及びカラー眼底の様相を含んだ後眼部の影像化、蛍光血管造影、ＩＣＧ血管造影、レッド・フリー、ブルー、レッド、近赤外、赤外及び様々なスペクトル波長の自己蛍光並びに機能画像化（フラボタンパク質自己蛍光、網膜周期の蛍光体、その他）の光が関与する。それにより高倍率、ズームモードの広域撮像視野、および様々な焦点距離を組み合わせて画像セクションを構築し、１つの画像に組み合わせることができる複合画像を得ることができる。明確に異なる解剖学的位置でアーチファクトまたは反射を含んだ１以上の画像、及びアーチファクト及び反射の存在しない画像に組み込まれる画像を作成するため、画像化装置は１以上の光源及び／又は移動光パス（または内部要素）で成ることができる。瞼を開いた状態で保持するための傾斜した突出部を備えたアイカップが提供され、散瞳モード及び／又は非散瞳モードでの運用のために患者と装置との接触面および暗環境を提供する。

開示されている画像化装置は低コストのスリットランプ（または別体のチンレスト・ジョイスティック構造体）を利用する眼の画像化装置であり、広域視野及び／又は拡大視野、並びに非拡張または拡張瞳孔を通した網膜画像の作成に適している。またこの装置は眼の前眼部の画像化も可能であり、それらの間のセクション／焦点面の画像化も可能である。画像化装置は１以上の照明光源を含み、ＬＥＤ、ハロゲン、キセノンその他のランプ並びにフィルタを有しており、１以上のエネルギー源からエネルギーのクリーン搬送のために開口絞りを含んでいる。この集束光源システムは１以上の光源で成る。ここではＬＥＤ（１波長及び／又は様々な波長のもの）が好適であり、光学システムの中央部から光軸に、または少々光軸を外れて光学システム内に搬入され、網膜から画像化パスを戻る。画像化装置は光線を眼内に導き、広域に網膜を照明し、眩光を減少させる。開口絞り、及び／又は軸外照明は不都合な反射並びに眩光が網膜画像に形成されるのを防止する。開口部と点光源が非拡張瞳孔に応じてサイズ化されているなら、画像化装置は２ｍｍ程度である非拡張瞳孔を通じた網膜観察に適している。開口部はユーザによって固定されるか自動的に最良化される。画像化装置はＬＥＤまたは他の光源を順番に点灯及び消灯する。この動作には、順番に取得された各画像の２つの解剖学的に相違する領域に位置する鏡反射及び他のアーチファクトを含んだ複数の画像を創出するために１以上の光学要素または光学コンポーネントシステム内での移動が伴う。

別実施形態では、１以上の照明源の光学要素を横方向移動または回転移動可能に提供し、照明及び／又は撮像視野が移動され、網膜のさらに広い撮像視野が画像化される。また画像が組み合わされると、さらに均質な照明状態でさらに向上した解像度の最終画像が得られ、それぞれの画像領域を様々な画像から分析させ、最良の焦点、最小の歪み、並びに最高の画像品質を提供する画像部分を利用させる。自動的に主要な反射アーチファクトを画像内で検出し、アーチファクトが画像源の網膜を覆っていた対応画像からの有効画像情報を利用する画像再構築機能を実行する画像処理アルゴリズムが提供できる。画像を閃光処理して組み合わせる代わりに、画像化装置は１枚または一連の画像から類似したアーチファクトを除去した後に画像のモンタージュ（組み合わせ）が可能である。このことはランダムまたはコントロールされた、あるいは自動的な方法で患者による固定状態の変更により達成することもできる。この光学デザインは１以上の光源を含むことができ、画像のセクションを組み合わせてアーチファクトと反射を含まない画像を作成するハーフペンタプリズム、シュミットプリズム、または撮像視野を増加させるために照明と画像とを重ね合わせるように照明パスと画像化パスの方向性を互いから少々外れさせる特注プリズムのごときプリズムをさらに含むことができる。これら別例の照明パスおよび画像化パスは、光中心から傾斜して瞳孔に入ることができ、光軸を少々外れて光学システムの中心と平行に光学中心に対して斜めに入ることができる。これら様々な重なっている光源と画像化パスの分離角度は瞳孔サイズによって異なり、瞳孔サイズの自動検出に伴って自動的に調整できる。

画像化装置の別例はスリットランプを利用し、ビームスプリッタ、アダプタ、他の光学要素、スリットランプで画像を撮影するデジタル・ビデオカメラ等の商業的に入手可能な要素を利用する。この照明形態では光源と追加の光学要素は、眼圧計ポスト、ルビ滑走プレートマウントまたはスリットランプ上の他の機械接続部を含む様々な方法でスリットランプに取り付けられる別体のハウジングに組み入れられる。この実施例は画像化装置の照明及び光学特性部をスリットランプに取り付けるために画像化装置の画像撮影特性部から分離し、存在するスリットランプの撮影性能を利用する。それでも画像化装置のユニークな光学、照明及び画像処理特性部が提供される。

画像化装置は手動焦点機構及び／又は自動焦点機構を有する。自動露出アルゴリズム及び画像輝度・コントラスト最良化アルゴリズムが画像質最良化のために提供できる。ユーザを網膜または外部瞳孔に整合させる可視光線、近赤外線または赤外線の調整モードが提供される。画像化装置はユーザを光学調整に導く光学・画像処理調整補助具を含むことができる。画像化装置は、瞳孔を患者の瞳孔への光軸に沿って自動的または手動的に整合させる調整アルゴリズムとメカニカルコントロールを含むことができる。画像化装置は検知された瞳孔の位置及び寸法に基づいて照明ビームを配置並びに形成するための空間光変調器を含むことができ、瞳孔サイズを測定して記録することができる。画像化装置は調整モードの代わりに配置され、他のスペクトル波長を通過させ、その後の画像撮影のためにフリップされる赤外線または近赤外線フィルタを利用することができる。

１実施例では振動を防止する光学ソフトウェアアルゴリズム及び／又は他の画像安定ソフトウェアアルゴリズムが、画像化装置を患者の眼に自動的に整合させ、平均化並びに他の画像処理及び観察機能のために画像の調整を容易化させる。

上述の画像化装置は自動的に画像をホストコンピュータあるいは他の記録装置あるいはソフトウェアに送るように無線ＳＤカードまたは他の埋め込み型無線技術を含むことができる。画像化装置は“ネームタグモード”を含むことができ、ユーザに患者ネームの画像を示し、光学的な特徴認識を実行させ、氏名およびチャートコードを検出させ、日付と時間（及び他のデータ）を知らせ、自動的にデータベースにこの情報を入力させ、全てをホストコンピュータに送ることができる。これらは画像化装置の埋め込みプロセッサまたはホストコンピュータによって実行することができる。

解説したシステムは画像化装置に固定できるフレキシブルなアイカップを利用できる。あるいは各患者で使用される画像化装置の端部に取り付けられる使い捨てアイテムとしてアイカップを利用できる。アイカップは患者の眼周囲を囲み、暗環境を創出するようにゴム、プラスチックまたは他の軟質材料で遮光されたフレキシブルな材料により製造できる。またアイカップは瞼を押し開いて保持する傾斜内部バネ機構等を利用して瞼を開状態で保持させるためにも利用できる。遮光体はフレキシブルで、眼の適正に位置どりさせることができる。アイカップの１実施例は硬質ゴムまたはプラスチック部分であり、時計のほぼ１２時と６時の位置に提供され、斜め方向に突出し、画像化中に上下瞼を開いて保持する。アイカップの残り部分は眼を覆い、自然に瞳孔を拡張させるために暗環境を創出する。画像化装置はこの波長の光に敏感であるＣＣＤ、ＣＭＯＳ、その他である検知器と連結した赤外線または近赤外線ＬＥＤまたは他の光源も含むことができる。これらは調整に利用されるが作動停止状態であり、蛍光血管造影、ＩＣＧ血管造影、自己眼底蛍光造影、あるいは他の自己蛍光または機能画像化で利用される他の波長を含んだ画像化のための可視光、グリーン光、ブルー光、レッド・フリー光、あるいは他の波長の光で閃光されるであろう。

画像化装置は上述の全ての実施形態並びに複焦点プレノプティック画像、単画像または複焦点面の複数画像から作られた動画を造り出す機能を含むことができる。この画像は、ＣＣＤまたはＣＭＯＣピクセルアレイの上面にわたる微小レンズを有し、複数の焦点面に分割されたカメラシステム（１以上のカメラを含む）で形成できる。この画像はキャリブレーション処理され、複焦点プレノプティック画像に再構築されるであろう。あるいはプレノプティック複焦点画像は、最良中心焦点を見つけ、その中心焦点の周囲でブラケット撮影された微細焦点調整により追加の画像を撮影する手動焦点機構または自動焦点機構を利用することで創出できる。その後にこれら画像は単プレノプティック画像に組み合わされるか、あるいはユーザに複焦点面をスクロールさせる双方向動画に組み合わせることができる。画像を組み合わせるアルゴリズムは画像を自動的に整合させ、同時に画像間の翻訳、回転及び湾曲並びに倍率相違を補正する。このソフトウェアはそれぞれの最良画像平面に対応するそれぞれの画像面の高周波数情報を検出する。プレノプティックアルゴリズムは異なる様相の画像を組み合わせるのにも利用が可能である。例えば、脈絡膜の細部を際立たせるＩＣＧ画像は網膜の細部を際立たせる蛍光血管造影画像と組み合わせることができる。プレノプティクアルゴリズムは、網膜画像あるいは光学コヒーレンス断層Ｘ線写真（ＯＣＴ）及び／又は他の網膜画像化装置からの他の様相の組み合わせに利用できる。このアルゴリズムは前眼部の複焦点面からの画像にも適用できる。１実施形態では前眼部から後眼部までの眼全体を通した画像の連続撮影が可能であり、他の様相との機能調節及び調整を含んだ眼全体またはその一部の単プレノプティック画像または動画ループ観察機能に組み入れるためにこのアルゴリズムを適用させる。

画像化装置及びその全ての実施形態はあらゆる網膜タイプの網膜画像化を可能にするコンポーネント、光源およびフィルタで成り、限定はしないが、彩色眼底画像化、レッド・フリー、ＩＣＧ血管造影、蛍光血管造影、赤外線または近赤外線、様々な波長である全形態の自己眼底蛍光造影、及び機能画像化を含む。

画像化装置の別の実施形態では、ユーザは患者が追うべき内部固定標的をプログラムし、捕獲されたときに画像を縫合（モンタージュ）する。これはアーチファクト除去のためにも利用できる。複数の画像は動画ファイル、単フレームまたは単縫合フレームとして保存できる。

画像装置の別実施形態では交換可能な対物レンズが異なる撮像視野のため、並びにスリット形状照明及び最良の前眼部画像化のための他の形態因子を介した前眼部画像化のために提供される。

別実施形態ではレンズ、絞り及びマスキングは眼の水晶体並びにその他の眼の特徴部をレトロ照明画像化するために最良化される。

画像化装置の別な実施形態では、光コヒーレンス断層撮影（ＯＣＴ）との組み合わせで網膜画像化を実施する目的によってＯＴＣシステムへの組み合わせが行われる。

画像化装置の別実施例はダークコレクションアルゴリズムを実行し、ＣＣＤまたはＣＭＯＳチップによる画像は暗環境で撮影され、このノイズ領域画像は処理及び保存され、ノイズを減少させ、全体の画像品質を向上させるための手段として撮影画像から低減される。

画像装置の別実施例では複数の焦点面から画像を撮影させるために切換式通常焦点またはプレノプティクモードでの操作が可能である。

画像化装置の別実施例はリアルタイムの光学ステレオ（立体）システムあるいは処理された単画像ステレオスコープ画面を有する。これは、光シフト、ＣＣＤ複焦点レンズオーバーレイ及びビデオ走査、動画及び／又は焦点から導かれた微小レンズオーバーレイ、等々である様々な異なる方法で達成される。

画像化装置の別実施形態ではＬＥＤまたは複数ＬＥＤの急速交互ストロボに対する代替機構であるが、画像撮影に同期した光学部材の急速回転が関与する。

別実施形態は回転光源または移動光源である。この構造はシステム内のいくつかの光学要素、あるいは楔型プリズムのごとき急速回転する（同期）光学要素によって実施できる。アーチファクトはアーチファクトの除去のために対の形態で他方の画像にマッピング処理される。この処理は画像処理中にでも、キャリブレーションに伴うリアルタイムメモリマッピング処理でも、単画像撮影でも実行できる。これは画像の撮像視野の増大手段としても機能し、アーチファクトが除去された単画像としてパノラマ形態で一緒にすることもできる。

画像化装置の別実施形態は上述の要素の一部または全部を利用でき、リアルタイムでビデオストリームからパノラマを縫合する。

ビデオ／デジタルカメラ２２と光学部材２９は画像化装置２の光学サブシステムを形成し、共通のハウジング３０内に配置され（図１）る。このハウジングはスリットランプチンレスト・ジョイスティック構造体２６に搭載される。

図１で示すスリットランプチンレスト・ジョイスティック構造体２６はビデオ・デジタルカメラ２２と照明源光学部材２８を患者の眼にインターフェースする装置である。スリットランプチンレスト・ジョイスティック構造体２６はヘッドサポート３２、可動ベース３４、ジョイスティック３６及びハウジングサポート３８を含む。ヘッドサポート３２は患者の顎と額を固定位置で保持する。ヘッドサポート３２には上下位置調節具が提供され、患者頭部の快適な保持位置を提供する。ヘッドサポート３２に対するハウジング３０の位置はジョイスティック３６を使用して全体的及び増分的に調整できる。

図２は本発明のチンレスト・ジョイスティック構造体の光学装置の側面図である。図２ではビデオ／デジタルカメラ２２、照明源及び光学要素２８を収容したハウジング３０が側面図で示されており、角膜４８と網膜５２を有した断面図で示す眼球４６に接近している。ハウジング３０は筒状または別な適した形状である。

図示のように前方突出部分を一切有していないハウジング３０の構造は、患者の眼に対するハウジング３０の移動中に、患者の角膜や顔面造作部との事故的な接触を防止する。本発明のこの特徴は特に有利である。すなわち光学データを取得する多くの従来技術は、検査と画像撮影を達成するために光学要素が角膜に接近し、及び／又は接触することを必要とするからである。一方、外部ハウジング３０及び内部の光学要素は角膜に対して、いくらか距離を維持するように設計されており、検査が進行している際の患者の快適性を増大させる。望むならゴムカップ等のフレキシブルな接合部がハウジング３０と患者の眼との間の接合面に提供できる。

単体であるコンパクトハウジング内に照射光学要素２８、観察光学要素２９及びビデオカメラ２２を収納することでアクセス性が大幅に向上する。システムの全要素を単体のハウジング内に収容させることで手頃なデザインが実現する。さらに観察と画像撮影のために眼底カメラの小型化と較べて設計の小型化は、短縮され効率化された光学パスを提供する。光学要素のコンパクトな設計と単純性は製造コストを低減させ、オペレータによる利用を簡単にする。この設計は眼底カメラと較べてさらに小さな瞳孔を通じた画像化を可能にする。

ビデオ／デジタルカメラ２２は好適にはコンパクトでモノクロＣＣＤまたはＣＭＯＳ画像センサを内蔵する。ハウジング３０の背後からアクセス可能な手動オーバーライド画像焦点ノブ４４は従来式光学ギヤ機構によってビデオカメラ２２と関連するレンズ４０に接続され、レンズ４０の焦点処理を行わせる。画像焦点ノブ４４によるレンズ４０の焦点処理は眼４６の光学要素に代用する。明瞭で焦点が合った画像が観察ビデオモニタ上に得られるまで画像焦点ノブ４４を調整し、観察ビデオモニタに表示される画像を観察することでレンズ４０は自動的あるいは手動で焦点処理される。あるいは電子自動焦点制御システムがレンズ４０の焦点を自動的に合わせるために提供される。

デジタル／ビデオカメラ２２はモノクロまたはカラーＣＣＤあるいはＣＭＯＳセンサも含むことができる。

ビデオカメラ２２に関連する観察光学要素２９は前述のレンズ４０、観察開口部５３及びフィルタ５５を含む。観察開口部５３とフィルタ５５は網膜５２から反射した光をレンズ４０に送り、その後にビデオカメラ２２に送る。フィルタ５５はビデオカメラ２で見られる画像のコントラストを向上させる赤外線ブロックフィルタ（または他の画像化用フィルタ）である。

インドメタシン−シアニン・グリーン血管造影、カラー眼底撮影、自己蛍光血管造影あるいは蛍光血管造影のために画像化装置２を利用するのが望まれるなら追加のフィルタが適宜に利用される。これらフィルタは実行されている機能に従ってビデオカメラ２２の視野軸での回転または軸を外れた回転を選択的に実行できるように取り付けられる。この回転は手動またはコンピュータサーボコントロールの下で実現できる。

図２でさらに説明すると、本発明の照射光学要素２８はビデオカメラ２２のレンズ４０の中央軸５７に対して傾斜して軸を外れた光を網膜５２に照射する。照射光学要素２８はランプ５４、ランプレンズ群５６、光学要素６４、ミラー６６及び照射開口部６８を含む。コントロール（図示せず）は手動またはパソコン６による制御下でランプ５４の光度の調節を行うように提供される（図１参照）。その後にこのコントロールは複数のランプ、光学要素（光学要素６８、等々）の移動、及び画像撮影起動装置を制御するのにも使用される。

ランプ５４からの光線は開口部５８及び２枚のレンズで成る直列のランプレンズ群５６を通過する。ランプレンズ群５６のレンズはランプ５４の光出力を集束する。ランプレンズ群５６は好適には２つの無彩色レンズで成る。その後に光線はビデオカメラ２２と照射光学要素２９に対して臨界ピッチ角で配置されているミラー６６によって偏光される。光線はミラー６６から光線を集束する照射開口部レンズの組み合わせ６８を通過する。その後に光線は角膜４８を通過し、網膜５２に照射される。

開口部５８及び６８のごとき全ての使用される開口部は適宜にサイズ化された開口部である。ランプ５４は一般的にＬＥＤランプとして解説されてきたが、ランプ５４はいかなる放射エネルギー源であってもよい。１好適実施例においてはランプ５４は赤外線照明源であり、フィルタ５５の仕様はランプ５４の波長を通過するように調節される。赤外線照明は瞳孔拡張の欠落によって発生する問題が存在しない画像の撮影に先立った調整のために特に望ましい。画像は赤外線照明を使用して比較的に暗い部屋で撮影できる。よって画像化される眼は自然に拡張される。画像化の際に瞳孔拡張の欠落によって引き起こされる問題に対処する別な好適実施例ではランプ５４は一定に保持される代わりに画像撮影時にフルカラー、レッド・フリー、ＮＩＲまたは他の好適な波長（望む画像化手法に基づいて）にて閃光され、画像撮影前にランプ５４のエネルギーが瞳孔を縮小させることを防止する。照射光学要素２８のユニークなデザイン及び画像処理並びに使用分析ソフトの性能により、それぞれの画像からの有用な画像データが最小瞳孔拡張により収集可能である。特に画像化対象の眼の瞳孔はせいぜい２ｍｍ程度の直径であり得る。画像化装置の照射光学要素２８はビデオ／デジタルカメラ２２の観察パスから軸を外れて網膜５２に光線を照射する。

本発明の画像化装置は図１で一般的に図示されている。パソコン６はシステム、処理データ及びシステムの他のコンポーネントの操作をコントロールする中心部を成す。パソコン６にはビデオ／デジタルカメラ２２が接続されている。パソコンスクリーンでもよい観察ビデオモニタ、スリットチンレスト・ジョイスティック構造体２６、照射光学要素２８並びに観察光学要素２９は光学ヘッド３０と関連する。

好適にはパソコン４は標準操作システムを使用し、ビデオボード、プリンタ及びモニタ等の周辺機器をインターフェースするための標準カードスロットを有した比較的に高い処理能力を備えたコンパクトコンピュータである。パソコン６は後述するようにカスタム化されたソフトウェアで運用される。

パソコンのモニタまたはスクリーンは分析対象画像の表示に適した高解像カラー図形を有するであろう。

デジタルボードはデジタル／ビデオカメラ２２からデジタルファイルまたはビデオ入力を受け付け、“フレーム・グラバ”（ディスプレー）として機能する。すなわちパソコン６からの信号で起動されると、デジタルボードはその瞬間のビデオ及び／又はデジタルデータとビデオ／デジタルカメラ２２からの画像を回収し、デジタルデータ内に保存する。発生したデジタルデータはメモリに保存され、分析のためにパソコン６で利用が可能になる。

本発明は図３で示すシステムのごとき適切に設計された汎用コンピュータシステムで利用できる。このようなコンピュータシステム５００はバスを介してランダムアクセスメモリ５０４、記憶装置４０８、キーボード５０６、ディスプレー５１０及びマウス５１２に接続された処理ユニット（ＣＰＵ）５０２を含む。さらに本発明を実践するソフトを含んだデータとソフトウェアのシステムへのエントリのための装置５１４が存在する。このようなコンピュータの１例はマイクロソフトウィンドー運用システムまたはリナックス、マッキントッシュ、等々で運用されるデルパソコンである。本発明はラップトップコンピュータ、セルフォン、ＰＤＡ、等々でも利用できる。

本発明の様々な方法実施例は、処理に必要な全てのデータにコンピュータにアクセス可能であると仮定すれば、方法のステップを実行するための連続プログラムインストラクションを実施するコンピュータによって一般的に実行される。連続プログラムインストラクションはプログラムインストラクションを記憶する媒体を含んだコンピュータプログラム製品によって具現化できる。専門家であれば理解しようが本発明はハードウェア、ソフトウェアまたはそれらの組み合わせで実現できる。ここで解説する発明方法を実行するように設定されている任意のコンピュータ／サーバシステムまたは他の装置でも利用できる。典型的なハードウェア及びソフトウェアの組み合わせは、搭載されて実行されると方法並びにここで解説する方法の変形例を実行するコンピュータプログラムを備えた汎用コンピュータシステムでよい。

本発明はシステム、方法またはコンピュータプログラム製品として具現化できる。従って本発明はハードウェア実施例、ソフトウェア実施例またはそれらの組み合わせ実施例の形態でもある。さらに本発明は媒体に具現化されたコンピュータ利用可能なプログラムコードを有した任意の有形発現媒体においても実施できるコンピュータプログラム製品の形態をとることもできる。

１以上のコンピュータ利用可能媒体またはコンピュータ読取可能媒体の組み合わせでも利用できる。コンピュータ読取可能媒体の特殊例にはハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読取専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラム式読取専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ、ポータブルコンパクトディスク読取専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、等々が含まれる。ここでのコンピュータ利用可能媒体またはコンピュータ読取可能媒体とはインストラクション実行システムまたは実行装置により使用可能であるか接続されて利用される任意の媒体でよい。本発明を運用するコンピュータプログラムコードは１以上のプログラム言語の任意の組み合わせで書き込むこともできる。プログラムコードはユーザコンピュータで全体的あるいは部分的に実行でき、独立ソフトウェアパッケージとしてユーザコンピュータで部分的に実行し、遠隔コンピュータで部分的に実行しても、遠隔コンピュータあるいはサーバで全体的に実行してもよい。

本発明を本発明の１実施例によるコンピュータプログラムに関して前記した。各ブロック及びブロック組み合わせがコンピュータプログラムインストラクションによって実行できる。これらコンピュータプログラムは汎用コンピュータ、特殊コンピュータまたは他のプログラム式データ処理装置のプロセッサに提供され、インストラクションをコンピュータのプロセッサまたは他のプログラム式データ処理装置を介して実行し、フロー図またはブロック図で指定した機能を実施するための手段を製作する機械の製造のために利用することができる。

これらコンピュータプログラムインストラクションは、コンピュータ読取可能媒体に記憶されたインストラクションがブロックで指定された機能を実現するインストラクション手段を含んだ製品を製造するように特定の形態で機能するようコンピュータまたは他のプログラム可能なデータ処理装置を指示することができるコンピュータ読取媒質に保存することもできる。

コンピュータプログラムインストラクションはコンピュータまたは他のプログラム可能なデータ処理装置に搭載でき、一連の運用ステップをコンピュータまたは他のプログラム可能な装置で実行させてコンピュータで実行されるプロセスを発生させ、コンピュータまたは他のプログラム可能な装置で実行させるインストラクションが指定された機能を実行するためのプロセスを提供する。

フロー図は本発明の様々な実施例によるシステム、方法及びコンピュータプログラム製品の可能な実施形態の設計、機能及び運用を図示する。この点で特定の論理機能を実行するための１以上の実行可能なインストラクションを含んだフロー図の各ブロックはコードのモジュール、セグメントまたは一部を表わしている。別実施形態においてはブロックに記載された機能は図の順番でなくともよい。例えば連続的な２つのブロックは実際には実質的同時的に実行が可能であり、または関与する機能性に応じてブロックが時に逆の順序で実行されることも可能である。フロー図の各ブロック及びフロー図のブロックの組み合わせは、特定の機能または行為を実行する特殊目的のハードウェアシステムによって実行でき、あるいは特殊目的のハードウェア及びコンピュータインストラクションの組み合わせによって実行できる。

図４は本発明の原理に従った画像処理アルゴリズムのステップを示すフロー図である。様々なステップを解説するにあたり図２と図３で番号が付された要素を説明する。第１ステップ８０でプログラムは開始してブロック８２に進み、そこで患者のグラフィックスが入力される。ブロック８４で画像撮影が開始する。ソフトウェアは患者が準備完了して光学要素の焦点処理が終了したという合図を待つ。患者は頭部をスリットランプチンレスト・ジョイスティック構造体２６上に置き、患者の頭部は実質的に固定される。オペレータはチンレスト・ジョイスティック装置２６の調節装置を使用し、特に照射光学要素２８とビデオカメラ２２が患者の眼４６の角膜４８の一方または他方に狙いが定められるまでジョイスティック３６を使用してハウジング３０の位置を調節する。その後ブロック８４で画像撮影が開始される。画像撮影は、ビデオ／デジタルカメラ２２が記録されるように画像化装置に信号を送るため、オペレータによって、あるいはオペレータがジョイスティックのボタンを押すことで、あるいはブルーツースキーパッドを操作することで、あるいはフットペダルを踏むことで最良の画像アラインメントのためのアルゴリズムに基づきコンピュータによって自動的に起動される。その後にブロック８６の自動焦点処理とブロック８８の自動露出処理が実行され、網膜５２の明瞭画像を得る。次のステップのブロック９０で照明が起動され、ブロック９２で光学要素シフトが起動される。続いて画像撮影がブロック９４で終了し、アーチファクトがブロック９４６で特定される。アーチファクト特定後に画像の十分に露出した焦点部分がブロック９８で特定され、画像セクションが組み合わされてアーチファクトが介在しない複合画像がブロック１００で創出されるように組み合わされる。画像が保存されるべきであるとのオペレータの（またはコントローラを介した）指示に対応して、パソコン４はビデオ／デジタルカメラ２２の画像に撮影された画像を表すデジタルデータを保存させる。

この実施例では異なる領域にアーチファクトを含んでいる画像が撮影される。すなわち光学要素が移動されるか、画像中でそれらがアーチファクトを異なる位置で発生させる光学設計により異なる位置の複数の光源であるため、それらアーチファクトは異なる領域に存在する。これらアーチファクトは検出され、撮影された画像の良質部分のみが組み合わされる。

本発明の新規な特徴を好適実施例の形態で示して解説してきたが、当業専門家であればここで解説した画像化装置の形態および細部の様々な省略、置換よび変更が介在しようとも本発明の精神から逸脱せずに本発明の実施が可能であることを理解しよう。

Claims (32)

1. 人の眼の前眼部と後眼部を画像化する装置であって、
   光源と、
   光学システムであって、該光学システムの光軸に沿って、あるいは該光学システムの光軸を多少外れて前記光源から光を送り、眼の網膜あるいは他の眼の部位から画像化パスを介して戻すように移動が可能な光学要素を有した光学システムと、
   それぞれの条件に合わせて前記光源を画像撮影に同期状態で順番に点灯あるいは消灯させるべく連結されたコントロール手段と、
   前記光学システムの光学要素の少なくとも１つを移動させる手段と、
   を含んでおり、
   順番に撮影された眼の前眼部と後眼部の各画像の解剖学的に異なる２つの領域に位置した鏡面反射アーチファクトを有した２つの画像を発生させ、各画像のアーチファクトを画像化処理によって検出し、
   アーチファクトを含んだ画像を１以上の画像と組み合わせることで、アーチファクトを含んでいない複合画像またはビデオストリームを発生させ、
   明瞭な画像のセクションのみを１以上の画像から組み合わせることで、複合画像を発生させることを特徴とする装置。
2. 光源は横方向に移動することを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 光源は回転することを特徴とする請求項１記載の装置。
4. 光源は移動し、且つ回転することを特徴とする請求項２記載の装置。
5. 光源は順番に点灯される少なくとも２つの光源を有していることを特徴とする請求項４記載の装置。
6. 交互の照明パス及び画像化パスは光中央軸に対して斜めに、光学システムの中央に対して平行に、眼の瞳孔へ進入することを特徴とする請求項４記載の装置。
7. 角度的に分離されている重複した光源及び画像化パスは、瞳孔サイズに応じて様々なサイズの位置と形状にて提供され、瞳孔サイズに基づいて手動調節または自動調節できることを特徴とする請求項６記載の装置。
8. 検知された瞳孔の位置と寸法に基づいて照明ビームを配置し、且つ形成する空間光変調器が利用されることを特徴とする請求項７記載の装置。
9. 調整モードのために赤外線フィルタまたは近赤外線フィルタを利用し、フリップ処理して他のスペクトル波長を通過 させ、その後に画像撮影させることを特徴とする請求項７記載の装置。
10. 眼の画像化時に暗環境を創出し、人の瞼を開いた状態で保持するように眼の周囲に配置されるフレキシブルな材料で成るフレキシブルなアイカップをさらに含んでおり、該アイカップは瞼を開いた状態で保持するために時計の１２時及び／又は６時の位置に硬質部を有しており、４５°の角度で上方と下方に向けて押込むことを特徴とする請求項７記載の装置。
11. 本装置の焦点は可変式で段階的であり、眼内の複数の焦点で撮影して単プレノプティック画像および動画形態に構築することを特徴とする請求項７記載の装置。
12. 本装置の焦点は異なる焦点距離の一連の微小レンズにより可変とされ、画像センサの上に位置し、画像は複数の焦点距離で撮影されることを特徴とする請求項７記載の装置。
13. 既存のスリットランプまたは眼底カメラに取り付けられ、画像撮影及び画像処理のために画像化要素の一部と光学システムを利用することを特徴とする請求項１２記載の装置。
14. カラー眼底画像化、蛍光血管造影、レッド・フリー、レッド、ブルー、ＩＣＧ血管造影、全自己蛍光波長、機能部画像化、水晶体、角膜及び他の前眼部の画像化、涙液膜の画像化、光コヒーレンス断層撮像、及び超広域画像化のため、並びに種々な処理方法のためのガイダンスシステムとして光源とフィルタが取り付けられていることを特徴とする請求項１３記載の装置。
15. 人の眼の前眼部と後眼部を画像化する方法であって、
    光源を整えるステップと、
    光学システムの光軸に沿って、あるいは該光学システムの光軸を多少外れて前記光源から光を送り、眼の網膜または他の眼の部位から画像化パスを戻らせるために移動が可能な光学要素を備えた光学システムを整えるステップと、
    それぞれの条件に合わせ、前記光源を画像撮影に同期させて順番に点灯あるいは消灯させるように連結されたコントロール手段を整えるステップと、
    前記光学システムの光学要素の少なくとも１つを移動させる手段を整えるステップと、
    を含んでおり、眼の前眼部と後眼部の順番に撮影された各画像の解剖学的に異なる２つの領域に位置した鏡面反射アーチファクトを有した２つの画像を発生させ、各画像のアーチファクトを画像化処理によって検出し、
    アーチファクトを含んだ画像を１以上の画像と組み合わせることで、アーチファクトを含んでいない複合画像またはビデオストリームを発生させ、
    明瞭な画像のセクションのみを１以上の画像から組み合わせることで、複合画像を発生させることを特徴とする方法。
16. 光源を横方向に移動させることを特徴とする請求項１５記載の方法。
17. 光源を回転させることを特徴とする請求項１５記載の方法。
18. 光源を移動させ、且つ回転させることを特徴とする請求項１６記載の方法。
19. 光源に順番に点灯される少なくとも２つの光源を含ませることを特徴とする請求項１８記載の方法。
20. 交互の照明パス及び画像化パスを、光中央軸に対して斜めに、光学システムの中央に対して平行に、眼の瞳孔に進入させることを特徴とする請求項１９記載の方法。
21. 角度的に分離されている重複した光源及び画像化パスを、瞳孔サイズに応じて様々なサイズの位置と形状にて提供し、瞳孔サイズに基づいて手動調節または自動調節することを特徴とする請求項２０記載の方法。
22. 検知した瞳孔の位置と寸法に基づいて照明ビームを配置し形成する空間光変調器を利用することを特徴とする請求項２１記載の方法。
23. 調整モードのために赤外線フィルタまたは近赤外線フィルタを利用し、フリップ処理して他のスペクトル波長を通過させ、その後に画像撮影させることを特徴とする請求項２２記載の方法。
24. 眼の画像化時に暗環境を創出し、瞼を開いた状態で保持するように眼の周囲に配置されるフレキシブルな材料で成るフレキシブルなアイカップをさらに含ませ、該アイカップで瞼を開いた状態にて保持するために時計の１２時及び／又は６時の位置に硬質部を提供し、４５°の角度で上方と下方に向けて押込むことを特徴とする請求項２３記載の方法。
25. 本装置の焦点を可変式で段階的とし、眼内の複数の焦点で撮影し、単プレノプティック画像および動画形態に構築することを特徴とする請求項２４記載の方法。
26. 本装置の焦点を異なる焦点距離の一連の微小レンズにより可変とし、画像センサの上に位置させ、画像を複数の焦点距離で撮影することを特徴とする請求項２５記載の方法。
27. 既存のスリットランプまたは眼底カメラに取り付け、画像撮影及び画像処理のために画像化要素の一部と光学システムを利用することを特徴とする請求項２６記載の方法。
28. カラー眼底画像化、蛍光血管造影、レッド・フリー、レッド、ブルー、ＩＣＧ血管造影、全自己蛍光波長、機能部画像化、水晶体、角膜及び他の前眼部の画像化、涙液膜の画像化、光コヒーレンス断層撮像、及び超広域画像化のため、並びに種々な処理方法のためのガイダンスシステムとして光源とフィルタを取り付けることを特徴とする請求項２７記載の方法。
29. 三次元の立体的な画像を作成するように光学要素を横方向に移動させることを特徴とする請求項２８記載の方法。
30. 眼の動き要素とオペレータの動き要素を取り除くためにブレ防止／画像安定アルゴリズムを含ませることを特徴とする請求項２９記載の方法。
31. 網膜または他の眼の解剖学的特徴部の大型パノラマ画像を作成するために、画像撮影中またはその直後に、以前に撮影した画像に基づいて自動的に広域パノラマ画像を構築させることを特徴とする請求項３０記載の方法。
32. 患者の固定をコントロールし、アーチファクトを異なる解剖学的位置に有した画像を創出し、それら画像をアーチファクトが介在しない画像に組み合わせることを特徴とする請求項３１記載の方法。

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