JP2020081450A - 画像解析装置、画像解析方法、及び眼科装置 - Google Patents

Abstract

【課題】既存の眼科装置を利用した被検眼の疾患の検査を可能とする画像解析装置及び画像解析方法と、この画像解析装置を備える眼科装置と、を提供する．【解決手段】被検眼に投影された測定用パターンの反射光の撮像画像を取得する画像取得部と、画像取得部により取得された撮像画像内から反射光に基づくリング像を検出するリング像検出部と、リング像検出部により検出されたリング像に基づき、リング像の歪みを発生させる被検眼の特定の高次収差を検出する高次収差検出部と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、被検眼の眼底に投影された測定用パターンの反射光の撮像画像を解析する画像解析装置及び画像解析方法と、この画像解析装置を備える眼科装置と、に関する。

眼科では、複数種類の眼科装置を用いて、被検眼の眼特性（例えば眼屈折力及び角膜形状等）の測定を行ったり、或いは被検眼の疾患［例えば白内障及び円錐角膜（不正乱視）等］の検査を行ったりする。例えば、被検眼の眼屈折力及び角膜形状の測定には、オートレフケラトメータ（レフラクトメータ及びケラトメータ）が用いられる（特許文献１参照）。

また、被検眼の白内障の検査には、例えば、被検眼の網膜のかなり小さい領域（ほぼ点光源とみなせる）にて反射された反射光の波面収差及び散乱を測定する特殊な眼科装置等が用いられる（特許文献２参照）。さらに、被検眼の円錐角膜の検査には、例えば円錐角膜の形状を定量的に評価可能な特殊なケラトメータが用いられる（特許文献３参照）。

特開２０１７−６３９７９号公報 特開２００６−２８０４７６号公報 特開２００７−２１５９５６号公報

ところで、眼科において、被検眼の各種疾患（白内障及び円錐角膜等）の検査を行う場合には、特許文献２及び３に記載されているような特殊な眼科装置を用いる必要がある。このため、眼科装置の導入費用が掛かると共に眼科装置の設置スペースの確保という問題が生じる。従って、特許文献１に記載のオートレフケラトメータのように、被検眼に測定用パターンを投影すると共にこの測定用パターンの反射光の撮像画像を取得して被検眼の眼特性を測定する既存の眼科装置、例えば眼鏡及びコンタクトレンズ等の処方で広く使われている既存の眼科装置を利用した被検眼の疾患の検査の実現が強く要望されている。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、既存の眼科装置を利用した被検眼の疾患の検査を可能とする画像解析装置及び画像解析方法と、この画像解析装置を備える眼科装置と、を提供することを目的とする。

本発明の目的を達成するための画像解析装置は、被検眼に投影された測定用パターンの反射光の撮像画像を取得する画像取得部と、画像取得部により取得された撮像画像内から反射光に基づくリング像を検出するリング像検出部と、リング像検出部により検出されたリング像に基づき、リング像の歪みを発生させる被検眼の特定の高次収差を検出する高次収差検出部と、を備える。

この画像解析装置によれば、リング像の歪みを発生させる被検眼の特定の高次収差を検出することで、被検眼の疾患の有無及び疾患の種類を判定（推定）することができる。

本発明の他の態様に係る画像解析装置において、高次収差検出部が、リング像検出部により検出されたリング像に対して楕円をフィッティングする楕円近似部と、楕円近似部によりフィッティングされた楕円と、リング像検出部により検出されたリング像と、の残差を演算する残差演算部と、残差演算部が演算した残差に基づき、被検眼の特定の高次収差を演算する収差解析部と、を備える。これにより、被検眼の特定の高次収差を検出することができる。

本発明の他の態様に係る画像解析装置において、収差解析部が、残差をゼルニケ多項式の微分にフィットさせることにより、被検眼の特定の高次収差の演算結果としてゼルニケ多項式のゼルニケ係数を演算する。これにより、被検眼の特定の高次収差を検出することができる。また、リングが一本であることから、リング上の角度をパラメータとした、楕円フィットからの残差を単にフーリエ変換し、３次及び４次の係数の評価をしても良い。

本発明の他の態様に係る画像解析装置において、高次収差検出部の検出結果に基づき、被検眼の状態を判定する状態判定部を備える。これにより、被検眼の疾患の有無及び疾患の種類を判定することができる。

本発明の他の態様に係る画像解析装置において、画像取得部が、撮像画像として、被検眼の眼底に投影された眼屈折力の測定用パターンの眼底反射光の第１撮像画像と、被検眼の角膜に投影された角膜形状の測定用パターンの角膜反射光の第２撮像画像とを取得し、リング像検出部が、撮像画像の種類ごとにリング像を検出し、高次収差検出部が、撮像画像の種類ごとに被検眼の特定の高次収差を検出し、状態判定部が、撮像画像の種類ごとに被検眼の状態を判定する。これにより、被検眼の疾患の有無及び疾患の種類を判定することができる。

本発明の他の態様に係る画像解析装置において、画像取得部が、撮像画像として、被検眼の眼底に投影された眼屈折力の測定用パターンの眼底反射光の第１撮像画像と、被検眼の角膜に投影された角膜形状の測定用パターンの角膜反射光の第２撮像画像とを取得し、リング像検出部が、撮像画像の種類ごとにリング像を検出し、高次収差検出部が、撮像画像の種類ごとに被検眼の特定の高次収差を検出し、状態判定部が、撮像画像の種類ごとの高次収差検出部の検出結果に基づき、被検眼の状態を判定する。これにより、被検眼の疾患の有無及び疾患の種類を判定することができる。

本発明の目的を達成するための眼科装置は、被検眼に測定用パターンを投影する投影光学系と、被検眼に投影された測定用パターンの反射光に基づくリング像を出力する測定光学系と、上述の画像解析装置と、を備える。

本発明の目的を達成するための画像解析方法は、被検眼に投影された測定用パターンの反射光の撮像画像を取得する画像取得ステップと、画像取得ステップで取得された撮像画像内から反射光に基づくリング像を検出するリング像検出ステップと、リング像検出ステップで検出されたリング像に基づき、リング像の歪みを発生させる被検眼の特定の高次収差を検出する高次収差検出ステップと、を有する画像解析方法。

本発明の他の態様に係る画像解析方法において、高次収差検出ステップの検出結果に基づき、被検眼の状態を判定する状態判定ステップを有する。

本発明は、既存の眼科装置を利用した被検眼の疾患の検査を行うことができる。

眼科装置の概略図である。 光学系及び制御装置の概略構成を示すブロック図である。 画像解析回路の機能ブロック図である。 被検眼の収差とレフリング像の形状との関係を説明するための説明図である。 被検眼に高次収差がある場合のリング像の形状をゼルニケ多項式で表した図である。 楕円近似部による楕円近似を説明するための説明図である。 残差演算部による残差演算を説明するための説明図である。 残差について説明するための説明図である。 判定用テーブルの一例を説明するための説明図である。 眼科装置による被検眼の状態の評価処理の流れを示すフローチャートである。 測定用パターン投影光学系及び測定光学系の変形例を示した概略図である。

［眼科装置］
図１は、本発明の眼科装置１０の概略図である。図１に示すように、眼科装置１０は、被検眼Ｅの眼特性として眼屈折力及び角膜形状を測定するオートレフケラトメータである。この眼科装置１０は、被検眼Ｅの眼屈折力及び角膜形状の他に、被検眼Ｅの状態を判定（推定）、具体的には被検眼Ｅの白内障及び円錐角膜等の疾患を検査する機能を有する。眼科装置１０は、ベース１２と、顔受け部１３と、架台１４と、測定ヘッド１５と、を備える。

なお、図中のＸ軸方向は被検者を基準とした左右方向（被検眼Ｅの眼幅方向）であり、Ｙ軸方向は上下方向であり、Ｚ軸方向は被検者（被検眼Ｅ）に近づく前方向と被検者から遠ざかる後方向とに平行な前後方向（作動距離方向ともいう）である。

顔受け部１３は、測定ヘッド１５のＺ軸方向の前方向側の位置において、ベース１２と一体に設けられている。この顔受け部１３は、Ｙ軸方向に位置調整可能な顎受け１３ａ及び額当て１３ｂを有しており、眼科装置１０による測定時（検査時）に被検者の顔を支持する。

架台１４は、ベース１２上に設けられており、ベース１２に対してＸＺ軸の各方向（前後左右方向）に移動可能である。この架台１４上には、測定ヘッド１５及び操作レバー１６が設けられている。

操作レバー１６は、架台１４上で且つ測定ヘッド１５のＺ軸方向の後方向側（オペレータ側）の位置に設けられており、測定ヘッド１５をＸＹＺ軸の各方向に移動させる際に操作される操作部材である。例えば、操作レバー１６がＺ軸方向（前後方向）又はＸ軸方向（左右方向）に傾倒操作されると、不図示の電動駆動機構により測定ヘッド１５がＺ軸方向又はＸ軸方向に移動される。また、操作レバー１６がその長手軸周りに回転操作されると、その回転操作方向に応じて不図示の昇降機構により測定ヘッド１５がＹ軸方向（上下方向）に移動される。なお、操作レバー１６の頂部には、眼科装置１０による被検眼Ｅの測定を開始させるための測定ボタンが設けられている。

測定ヘッド１５は、被検眼Ｅの眼屈折力及び角膜形状の測定機能を有している。この眼屈折力及び角膜形状の測定機能は、詳しくは後述するが被検眼Ｅの白内障及び円錐角膜等の検査にも利用される。測定ヘッド１５のＺ軸方向後方側の面にはモニタ１７が設けられている。また、測定ヘッド１５内には、眼屈折力及び角膜形状の測定に対応した光学系１８（撮像素子、各種光源、及び各種駆動部を含む）と、制御装置２０と、が設けられている。

モニタ１７は、例えばタッチパネル式の液晶表示装置である。このモニタ１７は、例えば、測定ヘッド１５のアライメント等に利用される被検眼Ｅの前眼部の観察像と、測定ヘッド１５により得られた被検眼Ｅの眼屈折力及び角膜形状の測定結果と、後述の被検眼Ｅの状態の判定結果（疾患の有無等）と、測定に係る操作（設定）を行うための入力画面と、を表示する。

図２は、光学系１８及び制御装置２０の概略構成を示すブロック図である。図２に示すように、光学系１８は、固視標投影光学系２２と、ケラト系２３と、観察光学系２４と、アライメント光学系２６と、測定用パターン投影光学系２８と、測定光学系３０と、を備える。なお、オートレフケラトメータの各光学系の詳細構成については公知技術（上記特許文献１参照）であるので、ここでは具体的な説明を省略する。

固視標投影光学系２２は、被検眼Ｅを固視又は雲霧させるために、被検眼Ｅの眼底に固視標の視標光を投影する。

ケラト系２３は、本発明の投影光学系に相当するものであり、被検眼Ｅの角膜に対してその角膜形状の測定用パターンを投影する。この角膜形状の測定用パターンとしては、例えば、１重又は多重のリング状光束が用いられるが、本実施形態では説明の煩雑化を防止するために１重のリング状光束を用いるものとする。ケラト系２３から被検眼Ｅの角膜に対して角膜形状の測定用パターンが投影されると、この測定用パターンの角膜反射光（戻り光ともいう）が、前眼部の観察像（前眼部像）と共に観察光学系２４で受光される。

観察光学系２４は、被検眼Ｅの前眼部の観察するためのものであり、前眼部を撮像素子等で撮影して得られた観察像の画像データを制御装置２０に出力する。これにより、制御装置２０によってモニタ１７に前眼部の観察像が表示される。

また、観察光学系２４は、被検眼Ｅの角膜形状の測定時には、被検眼Ｅの角膜にて反射された角膜形状の測定用パターンの角膜反射光を撮像素子で撮像（受光）して、この角膜反射光の撮像画像３２Ｂ（本発明の第２撮像画像に相当）の画像データを得る。この撮像画像３２Ｂには、角膜反射光に基づくリング像であるケラトリング像３４Ｂが含まれている。撮像画像３２Ｂの画像データは、観察光学系２４から制御装置２０へ出力される。

測定用パターン投影光学系２８は、本発明の投影光学系に相当するものであり、被検眼Ｅの眼底に対して被検眼Ｅの眼屈折力の測定用のパターンを投影する。この眼屈折力の測定用のパターンとしては、リング状の光束が用いられる。なお、リング状の光束の代わりに、点状の光束を用いてもよく、眼屈折力の測定用のパターンの形状は特に限定されない。測定用パターン投影光学系２８から被検眼Ｅの眼底に対して測定用パターンが投影されると、この測定用パターンの眼底反射光（戻り光ともいう）が、測定光学系３０で受光される。眼底反射光は、被検眼Ｅの眼屈折力によりその形状が歪められる。被検眼Ｅが白内障眼である場合にはその程度に応じて、測定用パターンの投影時、及び眼底反射光の検出時に、水晶体での散乱の影響を受けた像が観察される。

測定光学系３０は、被検眼Ｅの眼屈折力の測定時には、被検眼Ｅの眼底にて反射された眼屈折力の測定用パターンの眼底反射光を撮像素子で撮像（受光）して、この眼底反射光の撮像画像３２Ａ（本発明の第１撮像画像に相当）の画像データを得る。この撮像画像３２Ａには、眼底反射光に基づくリング像であるレフリング像３４Ａが含まれている。撮像画像３２Ａの画像データは、測定光学系３０から制御装置２０へ出力される。

なお、測定光学系３０による撮像画像３２Ａの撮像と観察光学系２４による撮像画像３２Ｂの撮像とは、双方の光学系で途中から光路を共用することで、同じ撮像素子にて行うことも可能である。その場合は、レフリング像３４Ａとケラトリング像３４Ｂとは別光路で同時に取得することが可能だったものに対し、光路の切替等により連続的に取得が可能である。

制御装置２０は、各種のプロセッサ（Processor）及びメモリ等から構成された演算回路である。各種のプロセッサには、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processing unit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、及びプログラマブル論理デバイス［例えばＳＰＬＤ（Simple Programmable Logic Devices）、ＣＰＬＤ（Complex Programmable Logic Device）、及びＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Arrays）］等が含まれる。なお、制御装置２０の各種機能は、１つのプロセッサにより実現されてもよいし、同種または異種の複数のプロセッサで実現されてもよい。

制御装置２０には、操作レバー１６と、モニタ１７と、既述の光学系１８の各部と、記憶部４０と、が接続されている。この制御装置２０は、上述の演算回路によって実現、或いは演算回路がソフトウェア等を実行することにより実現される統括制御回路３６と画像解析回路３８とを含む。

記憶部４０には、制御装置２０の動作用のプログラム４２と、被検眼Ｅの眼屈折力及び角膜形状の測定データと、被検眼Ｅの状態（疾患の有無）の判定結果と、を含む各種情報が記憶される。また、記憶部４０には、後述の状態判定部５２（図３参照）による判定に用いられる判定用テーブル４３が設けられている。なお、記憶部４０は、眼科装置１０の外部（例えばインターネット上のサーバ）に設けられていてもよい。

統括制御回路３６は、記憶部４０に予め記憶されたプログラム４２を実行することにより、光学系１８を含む眼科装置１０の各部の動作（例えば、前眼部の観察像の取得と表示、自動アライメント、及び撮像画像３２Ａ，３２Ｂの取得等）を統括制御する。

画像解析回路３８は、本発明の画像解析装置に相当するものである。画像解析回路３８は、記憶部４０内のプログラム４２を実行することにより、撮像画像３２Ａ（レフリング像３４Ａ）を解析して被検眼Ｅの眼屈折力を演算すると共に、撮像画像３２Ｂ（ケラトリング像３４Ｂ）を解析して被検眼Ｅの角膜形状を演算する。

また、画像解析回路３８は、撮像画像３２Ａ，３２Ｂ（レフリング像３４Ａ及びケラトリング像３４Ｂ）を解析して、被検眼Ｅの波面収差のうちでレフリング像３４Ａ及びケラトリング像３４Ｂの歪みを発生させる特定の高次収差を検出する。そして、画像解析回路３８は、特定の高次収差の検出結果に基づき、被検眼Ｅの疾患の有無及びその種類（白内障及び円錐角膜等）などを含む被検眼Ｅの状態を判定（推定）する。

ここで被検眼Ｅの波面収差（低次収差及び高次収差）とは、一般に実際の波面の任意の位置における、その対応する参照波面からの任意のずれである。また、参照波面とは、収差の無い像を形成する実際の波面に最も近い球面状の波面をいう。これらの収差の古典的な表現としては、焦点ボケ、乱視、コマ、及び球面収差がある。また、こうした波面収差を数学的な記述子で表わすこともできる。こうした記述子の例としては、テイラー展開多項式、ゼルニケ（Zernike）多項式、及び球面調和関数の一部を利用等が挙げられる。また、スプライン関数等の局所的な近似関数も利用可能である。なお、本実施形態ではゼルニケ多項式を用いる。また、実際の例ではフーリエ変換も用いられる。そして、高次収差とは、３次以上の収差である。高次収差には、例えば、コマ収差、球面収差、及びトレフォイル（trefoil）、テトラフォイル（tetrafoil）等がある。

［画像解析回路の構成］
図３は、画像解析回路３８の機能ブロック図である。図３に示すように、画像解析回路３８は、既述のプログラム４２を実行することにより、画像取得部４６、リング像検出部４８、高次収差検出部５０、状態判定部５２、及び眼特性演算部５４として機能する。なお、本実施形態において「〜部」として説明するものは「〜回路」、「〜装置」、又は「〜機器」であってもよい。すなわち、「〜部」として説明するものは、ファームウェア、ソフトウェア、及びハードウェアまたはこれらの組み合わせのいずれで構成されていてもよい。

画像取得部４６は、測定光学系３０に有線接続又は無線接続された画像入力インターフェースである。この画像取得部４６は、測定光学系３０から撮像画像３２Ａの画像データを取得し且つ観察光学系２４から撮像画像３２Ｂの画像データを取得し、これら画像データをリング像検出部４８へ出力する。

リング像検出部４８は、撮像画像３２Ａ，３２Ｂの画像データを解析して、撮像画像３２Ａからレフリング像３４Ａを検出すると共に、撮像画像３２Ｂからケラトリング像３４Ｂを検出する。なお、レフリング像３４Ａ及びケラトリング像３４Ｂの検出には、例えば公知のエッジ検出処理が用いられるが、その方法は特に限定はされない。

高次収差検出部５０は、レフリング像３４Ａ及びケラトリング像３４Ｂをそれぞれ解析して、被検眼Ｅの特定の高次収差により発生するレフリング像３４Ａ及びケラトリング像３４Ｂの歪みに基づき、この歪みを発生させる被検眼Ｅの特定の高次収差を検出する。以下、レフリング像３４Ａを例に挙げて、被検眼Ｅの疾患と、被検眼Ｅの高次収差に伴うレフリング像３４Ａの歪みとの関係について説明を行う。

図４は、被検眼Ｅの収差（低次収差及び高次収差）とレフリング像３４Ａの形状との関係を説明するための説明図である。図４において、符号「Ｅａ」は被検眼Ｅの瞳孔であり、符号「Ｅｆ」は被検眼Ｅの眼底（網膜）であり、矢印「Ｌ」は眼底反射光の光束を示し、符号「ＯＰ」は測定ヘッド１５の対物レンズ（不図示）の光軸であり、符号「ｆ」は被検眼Ｅの瞳孔から眼底までの長さである。

図４に示すように、仮に被検眼Ｅが無収差であると仮定した場合、被検眼Ｅの瞳孔に対してある角度で入射した眼底反射光（レフリング像３４Ａ）は、その角度を維持した状態で被検眼Ｅの眼底に入射して眼底上にレフリング像３４Ａを形成する。この場合、瞳孔上のレフリング像３４Ａは以下の［数１］式で表され、眼底上のレフリング像３４Ａは以下の［数２］式で表される。

なお、［数１］式において、「（Ｘ，Ｙ）」は瞳孔上のレフリング像３４Ａの任意の点であり、「Ｒ」は瞳孔上のレフリング像３４Ａの半径であり、「θ」は瞳孔上のレフリング像３４Ａの任意の基準軸（Ｘ軸又はＹ軸）と任意の線分［点（Ｘ，Ｙ）と原点を結ぶ線分］とがなす角度である。また、［数２］式において、「（ｘ，ｙ）」は眼底上のレフリング像３４Ａの任意の点であり、「ｒ」は眼底上のレフリング像３４Ａの半径であり、「θ」は眼底上のレフリング像３４Ａの任意の基準軸と任意の線分［点（ｘ，ｙ）と原点を結ぶ線分］とがなす角度である。

ここで、被検眼Ｅには収差があるため、眼底上のレフリング像３４Ａ上の各点の位置は、これら各点にそれぞれ対応する瞳孔上の各点の収差の影響を受ける。このため、眼底上のレフリング像３４Ａ上の各点の位置は、被検眼Ｅが無収差であると仮定した場合の各点の位置からずれる。この場合の眼底上のレフリング像３４Ａ上の各点の位置ずれ（Δｘ、Δｙ）は、被検眼Ｅの波面収差をＷ（Ｘ，Ｙ）とした場合に、下記の［数３］式で表される。従って、被検眼Ｅの収差を考慮した場合の眼底上のレフリング像３４Ａは、その各点の位置を［ｘ（θ）、ｙ（θ）］とした場合に、下記の［数４］式で表される。

このように眼底上のレフリング像３４Ａ（撮像画像３２Ａから検出されたレフリング像３４Ａ）には、被検眼Ｅの収差の種類に応じた歪みが発生する。

図５は、被検眼Ｅに高次収差がある場合のリング像（レフリング像３４Ａ）の形状（歪み）をゼルニケ多項式で表した図である。図中のＺ（ｎ，ｍ）［ｎ：次数、ｍ：回転方向の波の数］は、公知のゼルニケモードの種類を示す。図５の符号５Ａは水平トレフォイル収差［Ｚ（３，３）］がある場合の図であり、図５の符号５Ｂは鉛直トレフォイル収差［Ｚ（３，−３）］がある場合の図であり、図５の符号５Ｃは鉛直／水平テトラフォイル収差［Ｚ（４，４）］がある場合の図である。

図５に示すように、被検眼Ｅに次数が大きい収差、すなわち高次収差がある場合のリング像には歪みが発生して完全な楕円形状にはならない。そして、本発明者らは、例えば被検眼Ｅが円錐角膜である場合には水平トレフォイル収差［Ｚ（３，３）］の影響によるリング像の歪みが大きくなり、被検眼Ｅが白内障である場合には鉛直／水平テトラフォイル収差［Ｚ（４，４）］の影響によるリング像の歪みが大きくなるなど、リング像の歪み形状（被検眼Ｅの高次収差の種類）と被検眼Ｅの疾患との間に相関があることを見出した。

また、本発明者らは、ケラトリング像３４Ｂについても同様に、その歪み形状（被検眼Ｅの高次収差の種類）との間に相関があることを見出した。

そこで本実施形態では、高次収差検出部５０によって、レフリング像３４Ａ及びケラトリング像３４Ｂを解析して、レフリング像３４Ａ及びケラトリング像３４Ｂの歪みからこの歪みを発生させる被検眼Ｅの特定の高次収差を検出する。

図３に戻って、高次収差検出部５０は、楕円近似部５０ａと残差演算部５０ｂと収差解析部５０ｃとして機能する。

図６は、楕円近似部５０ａによる楕円近似を説明するための説明図である。なお、図６中のレフリング像３４Ａ、ケラトリング像３４Ｂ、及び楕円６０Ａ，６０Ｂ（近似楕円ともいう）はそれぞれイメージ図であり、実際の像とは異なる場合がある（後述の図７も同様）。

図６に示すように、楕円近似部５０ａは、リング像検出部４８が撮像画像３２Ａからレフリング像３４Ａを検出した場合、このレフリング像３４Ａに対して楕円６０Ａを近似する。また、楕円近似部５０ａは、リング像検出部４８が撮像画像３２Ｂからケラトリング像３４Ｂを検出した場合、このケラトリング像３４Ｂに対して楕円６０Ｂを近似する。なお、レフリング像３４Ａ及びケラトリング像３４Ｂのようなリング像に対する楕円６０Ａ，６０Ｂのフィッティング方法については公知技術であるので、ここでは具体的な説明は省略する。

図７は、残差演算部５０ｂによる残差演算を説明するための説明図である。図７に示すように、残差演算部５０ｂは、楕円近似部５０ａがレフリング像３４Ａに対して楕円６０Ａを設定した場合、この楕円６０Ａとレフリング像３４Ａとの残差６２Ａを演算する。また、残差演算部５０ｂは、楕円近似部５０ａがケラトリング像３４Ｂに対して楕円６０Ｂを設定した場合、この楕円６０Ｂとケラトリング像３４Ｂとの残差６２Ｂを演算する。

図８は、残差６２Ａ，６２Ｂについて説明するための説明図である。図８に示すように、被検眼Ｅの収差（高次収差）の中で３次及び４次（ｎ＝３，４）の収差を例に挙げると、レフリング像３４Ａに対する残差６２Ａを演算することにより、被検眼Ｅの収差から楕円に相当するＺ（４，−２）及びＺ（４，２）［すなわちＺ（ｎ，２）］の収差成分が除去される。また、Ｚ（３，−１）、Ｚ（３，１）、及びＺ（４，０）については、レフリング像３４Ａの位置に影響する収差成分であり、レフリング像３４Ａの形状（歪み）には現れない。このため、残差６２Ａは、レフリング像３４Ａの歪みを発生させる特定の高次収差を含むものである。なお、特定の高次収差には、既述のＺ（３，３）及びＺ（４，４）のような被検眼Ｅの疾患により大きくなる高次収差が含まれている。

また、同様の理由により、ケラトリング像３４Ｂに対する残差６２Ｂについても、ケラトリング像３４Ｂの歪みを発生させる特定の高次収差を含む。

図３に戻って、収差解析部５０ｃは、残差演算部５０ｂによる残差６２Ａ，６２Ｂの演算結果に基づき、残差６２Ａ，６２Ｂの各ゼルニケモード［Ｚ（ｎ，ｍ）］のゼルニケ係数を判別（演算）する方法を用いて、被検眼Ｅの特定の高次収差を演算する。

具体的に収差解析部５０ｃは、上記［数３］式を用いて残差６２Ａ，６２Ｂをゼルニケ多項式の微分にフィットすることで、ゼルニケ多項式のゼルニケ係数を演算する。ここで、上記［数３］式において、「Δｘ」は残差６２Ａ，６２Ｂのｘ成分であり、「Δｙ」は残差６２Ａ，６２Ｂのｙ成分であり、「ｆ」は製品上既知である。その結果、波面収差Ｗの微分を解くことできるので、波面収差Ｗを以下の［数５］式で示すようにゼルニケ多項式として表記することができる。なお、下記［数５］式においてＣ１、Ｃ２、Ｃ３、…はゼルニケ係数である。

上記［数５］式に示すように、波面収差Ｗの微分を解くことにより、ゼルニケ多項式の各項のゼルニケ係数が求められる。これにより、ゼルニケ多項式の各項のゼルニケ係数の大きさを判定することができるので、各項中でどのゼルニケ係数が大きいのかを判定することができる。その結果、残差６２Ａ，６２Ｂのゼルニケモードの中でどのゼルニケモードのゼルニケ係数が大きくなるのかを判定することができる。すなわち、例えばＺ（３，３）及びＺ（４，４）等の被検眼Ｅの疾患に対応する特徴的なゼルニケモードのゼルニケ係数が大きくなるか否かを判定することができる。

高次収差検出部５０は、被検眼Ｅの特定の高次収差の検出結果として、既述の収差解析部５０ｃによる演算結果、すなわち残差６２Ａ，６２Ｂの各ゼルニケモードのゼルニケ係数の演算結果を状態判定部５２へ出力する。また、高次収差検出部５０は、既述の残差演算部５０ｂによる残差６２Ａ，６２Ｂの演算結果を状態判定部５２へ出力する。

状態判定部５２は、高次収差検出部５０の検出結果に基づき、被検眼Ｅの状態、例えば疾患の有無及び疾患の種類を判定（推定）する。なお、本実施形態の状態判定部５２は、記憶部４０内の判定用テーブル４３（図２参照）を用いて被検眼Ｅの状態を判定する。

図９は、判定用テーブル４３の一例を説明するための説明図である。図９に示すように、判定用テーブル４３は、個別判定用テーブル４３Ａと総合判定用テーブル４３Ｂとを含む。

個別判定用テーブル４３Ａは、状態判定部５２がレフリング像３４Ａ及びケラトリング像３４Ｂのリング像の種類ごと（撮像画像３２Ａ，３２Ｂの種類ごと）、すなわち残差６２Ａ，６２Ｂの種類ごとに被検眼Ｅの状態を個別に判定するための情報である。この個別判定用テーブル４３Ａには、Ｚ（３，３）及びＺ（４，４）等の被検眼Ｅの疾患に対応する特徴的なゼルニケモードのゼルニケ係数の大きさと、被検眼Ｅの疾患の種類とが関連付けられている。

例えば、個別判定用テーブル４３Ａには、ゼルニケモード［Ｚ（３，３）］のゼルニケ係数が予め定めた閾値よりも大きくなる場合には被検眼Ｅの疾患が円錐角膜であり、ゼルニケモード［Ｚ（４，４）］のゼルニケ係数が予め定めた閾値よりも大きくなる場合には被検眼Ｅの疾患が白内障である旨の情報が登録されている。これにより、状態判定部５２は、残差６２Ａ，６２Ｂの少なくともいずれか一方に対応するゼルニケモード［Ｚ（３，３）］のゼルニケ係数が閾値よりも大きくなる場合には被検眼Ｅが円錐角膜であると判定する。また、状態判定部５２は、残差６２Ａ，６２Ｂの少なくともいずれか一方に対応するゼルニケモード［Ｚ（４，４）］のゼルニケ係数が閾値よりも大きくなる場合には被検眼Ｅが円錐角膜であると判定する。

総合判定用テーブル４３Ｂは、状態判定部５２がリング像の種類ごと（撮像画像３２Ａ，３２Ｂの種類ごと）の高次収差検出部５０の各種検出結果に基づき、被検眼Ｅの状態を総合的に判定するための情報である。この総合判定用テーブル４３Ｂは、概略判定情報４３Ｂ１と症状判定情報４３Ｂ２とを含む。

概略判定情報４３Ｂ１には、残差演算部５０ｂにより演算された残差６２Ａ，６２Ｂが予め定めた閾値より大きくなる場合には被検眼Ｅに何らかの異常（疾患）が生じている旨の情報が登録されている。これにより、状態判定部５２は、残差６２Ａ，６２Ｂの演算結果に基づき、被検眼Ｅの異常の有無を判定（推定）することができる。

症状判定情報４３Ｂ２には、リング像の種類ごと（残差６２Ａ，６２Ｂの種類ごと）の各ゼルニケモードのゼルニケ係数と、被検眼Ｅの疾患の種類とが関連付けられている。

例えば、症状判定情報４３Ｂ２には、残差６２Ａ，６２Ｂ（レフリング像３４Ａ及びケラトリング像３４Ｂ）の双方における各ゼルニケモードのゼルニケ係数（特に奇数次）が予め定めた閾値よりも大きくなる場合には、被検眼Ｅが円錐角膜である旨の情報が登録されている。また、症状判定情報４３Ｂ２には、残差６２Ａ（レフリング像３４Ａ）の各ゼルニケモードのゼルニケ係数が閾値以下となり、且つ残差６２Ｂ（ケラトリング像３４Ｂ）の各ゼルニケモードのゼルニケ係数が閾値よりも大きくなる場合には、被検眼Ｅの内部収差が大きいので被検眼Ｅが白内障である旨の情報が登録されている。これにより、状態判定部５２は、残差６２Ａ，６２Ｂの双方の各ゼルニケモードのゼルニケ係数に基づき、被検眼Ｅの疾患（円錐角膜及び白内障等）を総合的に判定することができる。

状態判定部５２は、個別判定用テーブル４３Ａを用いた被検眼Ｅの状態の個別判定の結果と、総合判定用テーブル４３Ｂを用いた被検眼Ｅの状態の総合判定の結果と、をそれぞれモニタ１７及び記憶部４０等に出力する。これにより、状態判定部５２による被検眼Ｅの状態の各種判定結果がモニタ１７に表示されると共に記憶部４０に記憶される。なお、状態判定部５２による被検眼Ｅの状態の各種判定結果は、被検眼Ｅの２次検診にも用いられる。

眼特性演算部５４は、被検眼Ｅの眼屈折力の測定時において、リング像検出部４８が撮像画像３２Ａから検出したレフリング像３４Ａに基づき、公知の手法で被検眼Ｅの眼屈折力を演算する。また、眼特性演算部５４は、被検眼Ｅの角膜形状の測定時において、リング像検出部４８が撮像画像３２Ｂから検出したケラトリング像３４Ｂに基づき、公知の手法で被検眼Ｅの角膜形状を演算する。これら被検眼Ｅの眼屈折力及び角膜形状等の眼特性の測定結果についても、眼特性演算部５４からモニタ１７及び記憶部４０等に出力される。

［眼科装置の作用］
図１０は、上記構成の眼科装置１０による本発明の画像解析方法を用いた被検眼Ｅの状態の評価処理の流れを示すフローチャートである。なお、被検眼Ｅに対する測定ヘッド１５のアライメント、被検眼Ｅの固視又は雲霧、及び被検眼Ｅの眼特性の測定については公知技術であるため、ここでは説明を省略する。

図１０に示すように、測定用パターン投影光学系２８による被検眼Ｅの眼底に対する眼屈折力の測定用パターンの投影と、測定光学系３０による測定用パターンの眼底反射光の撮像とが実行されると、測定光学系３０から画像解析回路３８の画像取得部４６に対して撮像画像３２Ａの画像データが出力される（ステップＳ１）。これにより、画像取得部４６が撮像画像３２Ａの画像データを取得して、この画像データをリング像検出部４８へ出力する（ステップＳ２、本発明の画像取得ステップに相当）。

また、ケラト系２３による被検眼Ｅの角膜に対する角膜形状の測定用パターンの投影と、観察光学系２４による測定用パターンの角膜反射光の撮像とが実行されると、観察光学系２４から画像取得部４６に対して撮像画像３２Ｂの画像データが出力される（ステップＳ３）。これにより、画像取得部４６が撮像画像３２Ｂの画像データを取得して、この画像データをリング像検出部４８へ出力する（ステップＳ４、本発明の画像取得ステップに相当）。なお、撮像画像３２Ａの取得及び撮像画像３２Ｂの取得はどちらを先に実行してもよい。

リング像検出部４８は、撮像画像３２Ａ，３２Ｂをそれぞれ取得すると、撮像画像３２Ａからレフリング像３４Ａを検出すると共に、撮像画像３２Ｂからケラトリング像３４Ｂを検出する（ステップＳ５、本発明のリング像検出ステップに相当）。

リング像検出部４８によるレフリング像３４Ａ及びケラトリング像３４Ｂの検出が完了すると、高次収差検出部５０による被検眼Ｅの特定の高次収差の検出が開始される。これにより、既述の図６及び図７に示したように、楕円近似部５０ａによるレフリング像３４Ａに対する楕円６０Ａの近似及びケラトリング像３４Ｂに対する楕円６０Ｂの近似が実行された後（ステップＳ６）、残差演算部５０ｂによる残差６２Ａ，６２Ｂの演算が実行される（ステップＳ７）。

次いで、収差解析部５０ｃが、上記［数３］式を用いて残差６２Ａ，６２Ｂをゼルニケ多項式の微分にフィットしてゼルニケ多項式のゼルニケ係数を演算することにより、残差６２Ａ，６２Ｂの各ゼルニケモードのゼルニケ係数を演算する（ステップＳ８）。これにより、被検眼Ｅの特定の高次収差が検出される。従って、ステップＳ６からステップＳ８までが本発明の高次収差検出ステップに相当する。そして、高次収差検出部５０は、残差６２Ａ，６２Ｂごとの各ゼルニケモードのゼルニケ係数の判定結果と、残差６２Ａ，６２Ｂの演算結果と、をそれぞれ状態判定部５２へ出力する。

状態判定部５２は、高次収差検出部５０による残差６２Ａ，６２Ｂの種類ごとの検出結果に基づき、既述の図９に示した個別判定用テーブル４３Ａを参照して残差６２Ａ，６２Ｂの種類ごとに被検眼Ｅの状態を個別に判定する（ステップＳ９）。また、状態判定部５２は、高次収差検出部５０による残差６２Ａ，６２Ｂの種類ごとの検出結果に基づき、既述の図９に示した総合判定用テーブル４３Ｂを参照して、被検眼Ｅの状態の総合的な判定（概略判定及び症状判定）を行う（ステップＳ１０）。なお、ステップＳ９及びステップＳ１０は本発明の状態判定ステップに相当する。

そして、状態判定部５２は、被検眼Ｅの状態の各種判定結果をそれぞれモニタ１７及び記憶部４０等に出力する。これにより、被検眼Ｅの状態の判定結果がモニタ１７に表示されると共に記憶部４０に記憶される。なお、被検眼Ｅに疾患が生じていると判定された場合には、他の検査装置等を用いた被検眼Ｅの２次検診が実行される。

［本実施形態の効果］
以上のように本実施形態の眼科装置１０は、レフリング像３４Ａ及びケラトリング像３４Ｂを解析して被検眼Ｅの特定の高次収差を検出することで、被検眼Ｅの状態（疾患の有無及び種類）を判定することができる。これにより、オートレフケラトメータ等のような既存の眼科装置１０を利用して被検眼Ｅの疾患を検査することができる。

［その他］
上記実施形態では、レフリング像３４Ａ及びケラトリング像３４Ｂの双方をそれぞれ解析した結果に基づき、被検眼Ｅの状態の個別判定及び総合判定の双方を実行しているが、レフリング像３４Ａ及びケラトリング像３４Ｂのいずれか一方のみを解析して被検眼Ｅの状態の個別判定のみを実行してもよい。この場合、眼科装置１０として公知のレフラクトメータ又はケラトメータ等を用いることができる。

上記実施形態では、測定用パターン投影光学系２８から被検眼Ｅの眼底に対してリング状の測定パターンを投影し、測定光学系３０にて測定パターンの眼底反射光を撮像しているが、測定用パターン投影光学系２８及び測定光学系３０の構成については特に限定はされない。

図１１は、測定用パターン投影光学系２８及び測定光学系３０の変形例を示した概略図である。なお、図１１では、測定用パターン投影光学系２８及び測定光学系３０の要部のみを示している。図１１に示すように、測定用パターン投影光学系２８は、不図示の照明光源から出射されたリング状の測定用パターンＰの光束を、ハーフミラー１００を通して被検眼Ｅの眼底に投影する。測定光学系３０は、ハーフミラー１００を介して測定用パターン投影光学系２８（観察光学系２４）から分岐した光路を形成している。この測定光学系３０は、被検眼Ｅの眼底に投影された測定用パターンＰの眼底反射光を撮像素子１０２により撮像してレフリング像３４Ａを含む撮像画像３２Ａを出力する。

この際に、被検眼Ｅの眼底に血管が存在していると、その部位は眼底反射光の反射率が低くなる傾向がある。このため、ノイズ除去を目的として、測定用パターン投影光学系２８に公知のロータリプリズム１０４（特開平10-014876号公報参照）を配置すると共に、このロータリプリズム１０４を回転させることにより、眼底反射光を均一化させてもよい。

上記実施形態では、残差６２Ａ，６２Ｂをゼルニケ多項式の微分にフィットしてゼルニケ多項式のゼルニケ係数を演算することにより被検眼Ｅの特定の高次収差を演算しているが、ゼルニケ多項式以外の公知の多項式又は関数を用いて、残差６２Ａ，６２Ｂから被検眼Ｅの特定の高次収差を演算してもよい。また、レフリング像３４Ａ及びケラトリング像３４Ｂを解析して被検眼Ｅの特定の高次収差を演算する方法は上記実施形態で説明した方法に限定されるものでなく、任意の解析方法を用いてもよい。

上記実施形態では、状態判定部５２が判定用テーブル４３を参照して被検眼Ｅの状態の個別判定及び総合判定を行っているが、例えば判定用テーブル４３を参照する代わりに、任意の演算式を用いたり、或いはディープラーニング法等を用いたりすることによって、被検眼Ｅの状態の各種判定を行ってもよい。

上記実施形態では、レフリング像３４Ａ及びケラトリング像３４Ｂの歪みを発生させる被検眼Ｅの特定の高次収差として、トレフォイル［Ｚ（３，３）等］、テトラフォイル［Ｚ（４，４）等］の収差を例に挙げて説明したが、本発明の特定の高次収差の種類はこれらに限定されるものではない。

上記実施形態では、画像解析回路３８に状態判定部５２を設けているが、状態判定部５２については別の装置に設けられていてもよい。すなわち、被検眼Ｅの特定の高次収差の検出までを画像解析回路３８で行ってもよい。

上記実施形態では、本発明の画像解析装置に相当する画像解析回路３８が眼科装置１０内に組み込まれているが、画像解析回路３８が眼科装置１０とは別体の演算装置（パーソナルコンピュータ及び携帯端末等）に組み込まれていてもよい。すなわち、演算装置のプロセッサ等を本発明の画像解析回路３８として機能させてもよい。

１０…眼科装置，
１８…光学系，
２０…制御装置，
２３…ケラト系，
２８…測定用パターン投影光学系，
３０…測定光学系，
３２Ａ，３２Ｂ…撮像画像，
３４Ａ…レフリング像，
３４Ｂ…ケラトリング像，
３８…画像解析回路，
４３…判定用テーブル，
４６…画像取得部，
４８…リング像検出部，
５０…高次収差検出部，
５０ａ…楕円近似部，
５０ｂ…残差演算部，
５０ｃ…収差解析部，
５２…状態判定部，
５４…眼特性演算部，
６０Ａ，６０Ｂ…楕円，
６２Ａ，６２Ｂ…残差

Claims (9)

1. 被検眼に投影された測定用パターンの反射光の撮像画像を取得する画像取得部と、
   前記画像取得部により取得された前記撮像画像内から前記反射光に基づくリング像を検出するリング像検出部と、
   前記リング像検出部により検出された前記リング像に基づき、前記リング像の歪みを発生させる前記被検眼の特定の高次収差を検出する高次収差検出部と、
   を備える画像解析装置。
2. 前記高次収差検出部が、
   前記リング像検出部により検出された前記リング像に対して楕円をフィッティングする楕円近似部と、
   前記楕円近似部によりフィッティングされた前記楕円と、前記リング像検出部により検出された前記リング像と、の残差を演算する残差演算部と、
   前記残差演算部が演算した前記残差に基づき、前記被検眼の特定の高次収差を演算する収差解析部と、
   を備える請求項１に記載の画像解析装置。
3. 前記収差解析部が、前記残差をゼルニケ多項式の微分にフィットさせることにより、前記被検眼の特定の高次収差の演算結果として前記ゼルニケ多項式のゼルニケ係数を演算する請求項２に記載の画像解析装置。
4. 前記高次収差検出部の検出結果に基づき、前記被検眼の状態を判定する状態判定部を備える請求項１から３のいずれか１項に記載の画像解析装置。
5. 前記画像取得部が、前記撮像画像として、前記被検眼の眼底に投影された眼屈折力の測定用パターンの眼底反射光の第１撮像画像と、前記被検眼の角膜に投影された角膜形状の測定用パターンの角膜反射光の第２撮像画像とを取得し、
   前記リング像検出部が、前記撮像画像の種類ごとに前記リング像を検出し、
   前記高次収差検出部が、前記撮像画像の種類ごとに前記被検眼の特定の高次収差を検出し、
   前記状態判定部が、前記撮像画像の種類ごとに前記被検眼の状態を判定する請求項４に記載の画像解析装置。
6. 前記画像取得部が、前記撮像画像として、前記被検眼の眼底に投影された眼屈折力の測定用パターンの眼底反射光の第１撮像画像と、前記被検眼の角膜に投影された角膜形状の測定用パターンの角膜反射光の第２撮像画像とを取得し、
   前記リング像検出部が、前記撮像画像の種類ごとに前記リング像を検出し、
   前記高次収差検出部が、前記撮像画像の種類ごとに前記被検眼の特定の高次収差を検出し、
   前記状態判定部が、前記撮像画像の種類ごとの前記高次収差検出部の検出結果に基づき、前記被検眼の状態を判定する請求項４に記載の画像解析装置。
7. 被検眼に測定用パターンを投影する投影光学系と、
   前記被検眼に投影された前記測定用パターンの反射光に基づくリング像を出力する測定光学系と、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の画像解析装置と、
   を備える眼科装置。
8. 被検眼に投影された測定用パターンの反射光の撮像画像を取得する画像取得ステップと、
   前記画像取得ステップで取得された前記撮像画像内から前記反射光に基づくリング像を検出するリング像検出ステップと、
   前記リング像検出ステップで検出された前記リング像に基づき、前記リング像の歪みを発生させる前記被検眼の特定の高次収差を検出する高次収差検出ステップと、
   を有する画像解析方法。
9. 前記高次収差検出ステップの検出結果に基づき、前記被検眼の状態を判定する状態判定ステップを有する請求項８に記載の画像解析方法。