JP2017196306A - 画像処理装置及び画像処理方法 - Google Patents
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Abstract
Description
測定光を照射した被検体からの戻り光と前記測定光に対応する参照光とを合波して得た合波光を分割して得た互いに異なる偏光の光の断層信号に基づいて、前記被検体の3次元偏光断層情報及び3次元モーションコントラスト情報を取得する情報取得手段と、
前記3次元偏光断層情報を用いて前記被検体の病変領域を抽出する抽出手段と、
前記病変領域が前記3次元モーションコントラスト情報を用いて生成されたモーションコントラスト画像に重畳された画像を生成する画像生成手段と、を有する。
図1は、本実施形態における画像処理装置の構成例を示す図である。本実施形態ではSS‐OCTによる偏光OCT装置について説明する。なお、SD−OCTによる偏光OCT装置に本発明を適用することも可能である。本実施形態における装置は、光干渉断層信号を取得する光干渉断層取得部800と制御部143から構成される。このとき、光干渉断層取得部800は撮像装置の一例であり、本実施形態における画像処理装置の一例である制御部143と通信可能に接続されている。なお、このような形態以外にも、制御部143が撮像装置に内蔵されて一体となっている装置構成であっても良い。ここで、制御部143は、さらに信号処理部144、信号取得制御部145、表示制御部149と表示部146から構成される。信号処理部144は、さらに画像生成部とマップ生成部から構成される。
ここで、被検体118の奥行き方向の断層に関する情報を取得することをA−scanと呼ぶ。また、A−scanと直交する方向で被検体の断層に関する情報、すなわち2次元画像を取得するための走査方向をB−scan、更にB−scanにより得られた断層像に直交する方向に走査することをC−scanと呼ぶ。これは、3次元断層像を取得する際に眼底面内に2次元ラスター走査する場合、高速な走査方向がB−scan、B−scanをその直交方向に並べて走査する低速な走査方向をC−scanと呼ぶ。A−scan及びB−scanを行うことで2次元の断層像が得られ、A−scan、B−scan及びC−scanを行うことで、3次元の断層像を得ることができる。B−scan、C−scanは、上述したガルバノスキャナ114により行われる。
本装置全体を制御するための制御部143の構成と機能について説明する。制御部143は、信号処理部144、信号取得制御部145、表示部146、表示制御部149によって構成される。また、信号処理部144は、さらに、画像生成部147とマップ生成部148を持つ構成となっている。なお、信号処理部144は、被検体の3次元偏光断層情報及び3次元モーションコントラスト情報を取得する情報取得手段の一例である。また、画像生成部147は、ディテクタ841および842から送られる電気信号(干渉信号)から輝度画像及びモーションコントラスト画像を生成する機能を有し、マップ生成部148は輝度画像から層情報(網膜のセグメンテーション)を生成する機能を有する。
以下、図3を用いて制御部143においておこなう主な信号処理の説明をおこなう。
ステップS301において、信号処理部144はポジションyiのインデックスiを1に設定する。ステップS302、S303において、信号処理部144はポジションyiにおけるディテクタ841、842から出力されたV偏光成分とH偏光成分それぞれの繰り返しBスキャンデータ(m回分)を抜き出す。ステップS304、S305において、信号処理部144は繰り返しBスキャンのインデックスjを1に設定する。ステップS306、S307において、信号処理部144は、V偏光成分とH偏光成分それぞれのj番目(1≦j≦m)のBスキャンデータを抜き出す。
ステップS312、S313でyesと判断された場合はステップS314へ進み、画像生成部147は輝度画像を生成する。
輝度画像は、従来のOCTにおける断層画像と基本的に同じもので、その画素値rはH偏光成分の断層信号AHおよびV偏光成分の断層信号AVから式1によって計算される。
[輝度平均化画像生成]
ステップS315において画像生成部147はおのおののyiポジションにおける繰り返しBスキャン(mフレーム)の輝度画像の位置合わせをおこない輝度平均化画像を生成する。
を生成する。
[線維化組織画像生成]
ステップS316において画像生成部147は、HとVの偏光成分の断層象データから複屈折性の高い領域の画像と偏光の保たれている領域の画像を求め、その2つの画像から線維化組織画像を生成する。
複屈折性の高い領域の画像の求め方を示す。まず、画像生成部147は、HとVの偏光成分の断層象データからリターデーション画像を生成する。リターデーション画像の各画素の値δは、断層画像を構成する各画素の位置において、垂直偏光成分と水平偏光成分の間の位相差を数値化したものであり、各断層信号AHおよびAVから式3によって計算される。
各Bスキャン画像に対して式3を計算することによってリターデーション画像(偏光の位相差を示す断層画像とも言う)を得ることができる。リターデーション画像を生成することにより、複屈折性のある層を把握することが可能となる。とくに線維化した組織など、輝度断層画像では判別できない構造を抽出することが可能となる。
偏光の保たれている領域の画像の求め方を示す。画像生成部147は、取得した断層信号AH、AVとそれらの間の位相差ΔΦから、各画素のストークスベクトルSを式4により計算する。
ただし、ΔΦは2つの断層画像を計算する際に得られる各信号の位相ΦHとΦVからΔΦ=ΦV−ΦHとして計算する。次に、各Bスキャン画像を概ね測定光の主走査方向に70μm、深度方向に18μm程度の大きさのウィンドウを設定し、各ウィンドウ内において式4で画素毎に計算されたストークスベクトルの各要素を平均し、当該ウィンドウ内の偏光の均一性DOPU(Degree Of Polarization Uniformity)を式5により計算する。
ただし、Qm、Um、Vmは各ウィンドウ内のストークスベクトルの要素Q,U,Vを平均した値である。この処理をBスキャン画像内の全てのウィンドウに対して行うことで、DOPU画像(偏光の均一度を示す断層画像とも言う)が生成される。DOPUは、偏光の均一性を表す数値であり、偏光が保たれている個所においては1に近い数値となり、偏光が解消された保たれない箇所においては1よりも小さい数値となるものである。網膜内の構造においては、網膜色素上皮が偏光状態を解消する性質があるため、DOPU画像において網膜色素上皮に対応する部分は、他の領域に対してその値が小さくなる。とくに病変で不連続になった網膜色素上皮など、輝度断層画像では判別できない構造を抽出することが可能となる。次に、DOPU画像を閾値処理(例えば、閾値0.75)することで、偏光が保たれている領域と、偏光が解消されている領域とを分ける。これにより、偏光が保たれている領域の画像を得る。なお、偏光特性画像には、この偏光解消情報に基づくDOPU画像の他に、例えば上述したリターデーション情報に基づく画像(リタデーション画像)、オリエンテーション情報に基づく画像、複屈折情報に基づく画像などがある。これら画像或いは情報は、3次元偏光断層情報を構成する。
以上の方法により画像生成部147で得た複屈折性の高い領域の画像と偏光が保たれている領域の画像とから、マップ生成部148は複屈折性が高くかつ偏光が保たれている領域を病変領域の一例として抽出することにより、線維化組織画像fを生成することができる。線維化組織画像fにおいては、複屈折性が高くかつ偏光が保たれている領域に対し、他の領域とは異なる画素値が設定されている。例えば、線維化組織画像fを8ビットの符号なし画像とした場合は、画素値0を繊維化していない領域、それ以外の値については繊維化の程度に応じた画素値を割り当てるようにすればよい。ここで、線維化の程度は複屈折性の大きさに応じて決めればよい。ここでは説明上、繰り返しBスキャンして求めたmフレームの偏光成分の断層像データのなかから任意の1フレームのHとVの偏光成分の断層象データを用いて線維化組織画像を求める方法について述べたが、mフレームを平均した偏光成分の断層像を用いて線維化組織画像fを生成して用いてもよい。
ステップS317においてマップ生成部148は、画像生成部147がステップS315で生成した輝度平均化画像
から、網膜の層情報生成(セグメンテーション)を行う。
網膜は10層から構成される事が知られているが、本実施例においては図4(A)および以下に示すように、いくつかの層をまとめて6つの層にセグメンテーションを行う。
Layer2:神経節細胞層(GCL)および内網状層(IPL)
Layer3:内顆粒層(INL)および外網状層(OPL)
Layer4:外顆粒層(ONL)および外境界膜(ELM)
Layer5:視細胞内節外節接合部(IS/OS)、錐体外節端(COST)および網膜視磯上皮層(RPE)
Layer6:脈絡膜毛細血管板(CC)
次に輝度平均化画像
をもとに層情報lを得る方法を示す。
から抜き出した処理の対象とする断層像に対して、メディアンフィルタとSobelフィルタをそれぞれ適用して画像を作成する(以下、それぞれメディアン画像、Sobel画像ともいう)。次に、作成したメディアン画像とSobel画像から、Aスキャン毎にプロファイルを作成する。メディアン画像では輝度値のプロファイル、Sobel画像では勾配のプロファイルとなる。そして、Sobel画像から作成したプロファイル内のピークを検出する。検出したピークの前後やピーク間に対応するメディアン画像のプロファイルを参照することで、網膜層の各領域の境界を抽出する。但し、Layer6はLayer5の脈絡膜側の境界から脈絡膜毛細管板を含む一定の距離、例えば10μmに相当する位置までとしてセグメンテーションされる。
ステップS318において画像生成部147は、輝度画像から血管画像を生成する。
ステップS319において信号処理部144は、ポジションyiのインデックスiをインクリメントする。ステップS320において信号処理部144は、iがnより大きいか判断する。すなわち、n箇所の全てのyポジションで所定の処理をおこなったかを判断する。noの場合はS302、S303に戻る。yesの場合は、次ステップS321へ進む。以上のステップを経て、次に3次元画像を生成する。すなわち、ステップS321において画像生成部147は、3次元の輝度平均化画像
を生成する。ステップS322において画像生成部147は、3次元の血管画像b3Dを生成する。ステップS323において画像生成部147は、3次元の繊維化組織画像f3Dを生成する。このとき、あわせて独立した線維化組織の数をカウントし記録する。また、それぞれの線維化組織の体積を計算して求めておく。ステップS324においてマップ生成部148は、3次元の層情報l3Dを生成する。
ステップS326では、以上のステップで求めた3次元輝度平均化画像
と3次元血管画像b3Dと3次元線維化組織画像f3Dと3次元層情報l3Dと、線維化組織の体積と数、層近傍の血管の数と、を表示部146に表示する。以下、これらの画像と情報一式をデータセットと呼ぶことにする。表示方法の一例を図5および図6に示す。
、3次元血管画像b3D、3次元線維化組織画像f3D、3次元層情報l3Dの全てあるいは任意の組み合わせを重畳して表示する。また、画像の側方にあるチェックボックス52を用いて、重畳表示から並べて表示するように切り替えることが可能である。表示された3次元画像は、検者の操作、例えばマウス操作によって、自由に回転、移動、拡大縮小ができ、任意の位置、角度から画像を見ることができる。
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。
Claims (20)
- 測定光を照射した被検体からの戻り光と前記測定光に対応する参照光とを合波して得た合波光を分割して得た互いに異なる偏光の光の断層信号に基づいて、前記被検体の3次元偏光断層情報及び3次元モーションコントラスト情報を取得する情報取得手段と、
前記3次元偏光断層情報を用いて前記被検体の病変領域を抽出する抽出手段と、
前記病変領域が前記3次元モーションコントラスト情報を用いて生成されたモーションコントラスト画像に重畳された画像を生成する画像生成手段と、
を有することを特徴とする画像処理装置。 - 前記抽出手段は、前記3次元偏光断層情報を用いて前記被検体の3次元の病変領域を抽出し、
前記画像生成手段は、前記3次元の病変領域が前記3次元モーションコントラスト情報を用いて生成された3次元のモーションコントラスト画像に重畳された3次元画像を生成することを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。 - 前記画像生成手段は、前記3次元画像を用いて前記被検体の特定の領域のEnface画像を生成することを特徴とする請求項2に記載の画像処理装置。
- 前記抽出手段は、前記3次元偏光断層情報を用いて前記被検体の2次元の病変領域を抽出し、
前記画像生成手段は、前記2次元の病変領域が前記3次元モーションコントラスト情報を用いて生成されたモーションコントラストEnface画像に重畳された画像を生成することを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。 - 前記重畳された画像を表示手段に表示させる表示制御手段を更に有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の画像処理装置。
- 前記抽出手段は、前記3次元モーションコントラスト情報を用いて前記被検体の血管を抽出し、
前記表示制御手段は、前記病変領域を示すパラメータの値と前記血管を示すパラメータの値とを前記表示手段に表示させることを特徴とする請求項5に記載の画像処理装置。 - 前記抽出手段は、前記3次元モーションコントラスト情報を用いて前記被検体の血管を抽出し、
前記表示制御手段は、前記病変領域を示すパラメータの値の経時変化を示すグラフと前記血管を示すパラメータの値の経時変化を示すグラフとを前記表示手段に表示させることを特徴とする請求項5に記載の画像処理装置。 - 測定光を照射した被検体からの戻り光と前記測定光に対応する参照光とを合波して得た合波光を分割して得た互いに異なる偏光の光の断層信号に基づいて、前記被検体の3次元偏光断層情報及び3次元モーションコントラスト情報を取得する情報取得手段と、
前記被検体の深さ方向における第1の領域と、前記第1の領域とは異なる第2の領域とを決定する決定手段と、
前記3次元偏光断層情報を用いて前記第1の領域を抽出する抽出手段と、
前記3次元偏光断層情報を用いて生成された前記第1の領域の偏光Enface画像と、前記3次元モーションコントラスト情報を用いて生成された前記第2の領域のモーションコントラストEnface画像とが重畳された2次元画像を生成する画像生成手段と、
を有することを特徴とする画像処理装置。 - 前記互いに異なる偏光の光を検出する検出手段を有する撮像装置と通信可能に接続され、
前記情報取得手段は、前記検出手段により前記互いに異なる偏光の光が検出されることにより得た前記断層信号に基づいて、前記3次元偏光断層情報及び前記3次元モーションコントラスト情報を取得することを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の画像処理装置。 - 前記被検体は、被検眼であることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の画像処理装置。
- 測定光を照射した被検体からの戻り光と前記測定光に対応する参照光とを合波して得た合波光を分割して得た互いに異なる偏光の光の断層信号に基づいて、前記被検体の3次元偏光断層情報及び3次元モーションコントラスト情報を取得する工程と、
前記3次元偏光断層情報を用いて前記被検体の病変領域を抽出する工程と、
前記病変領域が前記3次元モーションコントラスト情報を用いて生成されたモーションコントラスト画像に重畳された画像を生成する工程と、
を有することを特徴とする画像処理方法。 - 前記抽出する工程において、前記3次元偏光断層情報を用いて前記被検体の3次元の病変領域を抽出し、
前記生成する工程において、前記3次元の病変領域が前記3次元モーションコントラスト情報を用いて生成された3次元のモーションコントラスト画像に重畳された3次元画像を生成することを特徴とする請求項11に記載の画像処理方法。 - 前記生成する工程において、前記3次元画像を用いて前記被検体の特定の領域のEnface画像を生成することを特徴とする請求項12に記載の画像処理方法。
- 前記抽出する工程において、前記3次元偏光断層情報を用いて前記被検体の2次元の病変領域を抽出し、
前記生成する工程において、前記2次元の病変領域が前記3次元モーションコントラスト情報を用いて生成されたモーションコントラストEnface画像に重畳された画像を生成することを特徴とする請求項11に記載の画像処理方法。 - 前記重畳された画像を表示手段に表示させる工程を更に有することを特徴とする請求項11乃至14のいずれか1項に記載の画像処理方法。
- 前記抽出する工程において、前記3次元モーションコントラスト情報を用いて前記被検体の血管を抽出し、
前記表示させる工程において、前記病変領域を示すパラメータの値と前記血管を示すパラメータの値とを前記表示手段に表示させることを特徴とする請求項15に記載の画像処理方法。 - 前記抽出する工程において、前記3次元モーションコントラスト情報を用いて前記被検体の血管を抽出し、
前記表示制御手段は、前記病変領域を示すパラメータの値の経時変化を示すグラフと前記血管を示すパラメータの値の経時変化を示すグラフとを前記表示手段に表示させることを特徴とする請求項15に記載の画像処理方法。 - 測定光を照射した被検体からの戻り光と前記測定光に対応する参照光とを合波して得た合波光を分割して得た互いに異なる偏光の光の断層信号に基づいて、前記被検体の3次元偏光断層情報及び3次元モーションコントラスト情報を取得する工程と、
前記被検体の深さ方向における第1の領域と、前記第1の領域とは異なる第2の領域とを決定する工程と、
前記3次元偏光断層情報を用いて前記第1の領域を抽出する工程と、
前記3次元偏光断層情報を用いて生成された前記第1の領域の偏光Enface画像と、前記3次元モーションコントラスト情報を用いて生成された前記第2の領域のモーションコントラストEnface画像とが重畳された2次元画像を生成する工程と、
を有することを特徴とする画像処理方法。 - 前記被検体は、被検眼であることを特徴とする請求項11乃至18のいずれか1項に記載の画像処理方法。
- 請求項11乃至19のいずれか1項に記載の画像処理装置の各工程をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
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