JP2022543216A - Kミラー走査、効率的な干渉測定、および空間周波数分析による瞳孔の位置合わせを備えた眼科撮像 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の別の目的は、眼科撮像システムのための単純化された汎用的な走査機構を提供することである。
システム対患者の位置合わせおよび/または固視点を提供するために必要な部品の数を減少させることは、さらに別の目的である。
走査部品
第1の解決策は、走査部品を簡略化する方法に対処している。上記のOCTは点走査方式であるが、他のより効率的な走査方式は、並進走査方式および回転ライン走査方式を含む。回転ライン走査方式を構築するための1つの手法は、プリズム、例えば、ダブプリズムを使用することである。回転するダブプリズムに基づく走査方式は、プリズムを回転させることによって、ライン撮像機構をディスク撮像機構に変えることができる。回転スキャンを提供するために使用されるダブプリズムの例は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、セドリック・ブラッタ(Cedric Blatter)他による「ダブプリズムを用いた回転デュアルビーム双方向ドップラーOCT(Dove Prism Based Rotating Dual Beam Bidirectional Doppler OCT)」(2013 OSA、2013年7月1日、第4巻、第7号、Biomedical Optics Express、1188)に提供されている。この手法では、ダブプリズムはサンプル経路内の一対のガルボミラーの前に配置される。これにより、ダブプリズムがコリメートされた光路内にあることが保証されるが、これは、プリズムの制限を強調することとなる。プリズムは、通常、コリメートされた光路に制限される。即ち、プリズムを使用する像回転光学系は、プリズムがコリメートされていない光路に配置された場合に導入されるかなりの量の収差のために、コリメートされた光路にしか配置できない。
網膜撮像では、ライン走査は、一般的に、瞳孔共役の近くに配置されたガルボミラーを使用して行われる。瞳孔共役の近くの空間が制限されているか、またはアクセスできない場合、網膜共役の近くで走査機構が実施されることが好ましい。これにより、別の瞳孔共役を作成するための追加の光リレーの必要性を回避することができる。
本手法では、誘導アクチュエータ61は、平行屈曲部(例えば、等方性ばね)63と組み合わされ、各々が矢印A7およびA8によって示される相反する力を提供する。図16Bに示されるように、誘導アクチュエータ61が適切な電流iの印加などによって作動/起動されると、支持バー62(および取り付けられたKミラーK5)を移動させて比例並進オフセットΔxを生じさせる力が生成される。逆に、誘導アクチュエータ61が作動されなくなるか、またはその印加電流iが減少されると、平行屈曲部63のばね力により、KミラーK5が反対方向に移動して、オフセットΔxが除去または減少される。誘導アクチュエータ61は、機械的アクチュエータと比較してより静的動作を提供し得る。平行屈曲部63により、コンパクトな直列配置が可能になる。また、変位は電流の関数Δx=f(i)であるため、エンコーダが不要になる。これは、誘導アクチュエータ61が、変位Δxに比例する力Fk(例えば、Fk(Δx)=kΔx、式中、kはばね定数)を発揮するばねと共に作用する、電流iの関数Fi(i)である力Fiを発揮するためである。平衡状態では、Fi(i)=Fk(Δx)=kΔxであるため、変位(Δx=Fi(i)/k)は電流iの関数である。
説明を容易にするために、本実施形態は、OCTシステムに適用されるものとして説明されるが、同様の瞳孔分割機能が、眼底撮像装置またはOCTAシステムに適用され得ることを理解されたい。また、説明を容易にするために、本実施形態は、図1のOCT例を参照して上記したように、関連する構成要素に焦点を合わせるが、ラインフィールドまたはフルフィールド撮像などの特定のフィールド構成用に構成されている。ラインフィールド撮像の実施形態を最初に説明した後、フルフィールド撮像に適用される本発明の利点について説明する。本発明は、他のライトフィールド構成に適用され得ることが理解されるべきである。
典型的には、眼の網膜の深度情報を復元するために、(例えば、光センサ42によってキャプチャされた)スペクトルに1D FFTを適用することとなる。しかしながら、キャプチャされたスペクトルに2D FFTを最初に適用することにより、瞳孔共役における空間的なスペクトル分布を復元することができる。例えば、図23は、光フットプリント-BS軸上手法を使用して取得され得るスペクトル71と、スペクトル71に1D FFTを適用することによって構築され得る代表的な網膜73とを示す。図24は、同じスペクトル71を示しているが、2D FFTを適用すると、空間周波数画像75が得られる。
眼科撮像システム/装置を患者の眼に適切に位置合わせすることは、画像品質およびキャプチャされた画像から得られる情報に影響を与える可能性がある画像取得における重要なステップである。しかしながら、適切な位置合わせを得るためには、撮像部品を追加すること、および技術者との多くのやりとりを行うことを必要とする複雑なプロセスになる可能性がある。眼科用OCT機器では、患者の瞳孔を機器に位置合わせするプロセスの一部として、患者の眼の後房を画像化するために虹彩カメラ(または他の位置合わせ補助構成/機構)が通常必要である。この要件は、システムを複雑にするとともに、コストを増加させる。従って、特に、目的が小型で低コストのOCT装置である場合、瞳孔の位置合わせを実現するための簡単で費用効果の高い手法が望まれる。
以下に、本発明に好適な様々なハードウェア及びアーキテクチャの説明が提供される。
眼底を撮像するために使用される撮像システムの2つのカテゴリは、投光照明撮像システム(又は投光照明撮像装置)及び走査照明撮像システム(又は走査撮像装置)である。投光照明撮像装置は、閃光ランプを用いるなどにより、被検査物の対象となる視野(FOV)全体を同時に光であふれさせ、フルフレームカメラ(例えば、全体として、所望のFOVを取り込むのに十分なサイズの2次元(2D)光センサアレイを有するカメラ)を用いて被検査物(例えば、眼底)のフルフレーム画像を取り込む。例えば、投光照明眼底撮像装置は、眼の眼底を光であふれさせ、カメラの単一の画像取り込みシーケンスで眼底のフルフレーム画像を取り込む。走査撮像装置は、対象物、例えば眼を横切って走査される走査ビームを提供するものであり、走査ビームは、走査ビームが対象物を横切って走査され、所望のFOVの合成画像を作成するように再構成され、例えば合成され得る一連の画像セグメントを作成するときに、異なる走査位置で結像される。走査ビームは、点、線、又はスリット若しくは幅広線などの2次元領域とすることができる。
眼底写真、眼底自発蛍光(FAF)、蛍光眼底造影法(FA)に加えて、眼科画像はその他の撮像モダリティ、例えば光干渉断層撮影法(OCT)、OCT眼底造影法(OCTA)、及び/又は眼エコー写真によって製作されてもよい。本発明又は本発明の少なくとも一部は、当業界で理解されるように、若干の改良を加えて、これらのその他の眼科撮像モダリティにも応用されてもよい。より具体的には、本発明はまた、OCT及び/又はOCTA画像を生成するOCT/OCTAシステムにより生成された眼科画像にも応用されてよい。例えば、本発明は、en face OCT/OCTA画像にも応用されてよい。眼底画像の例は米国特許第8967806号明細書及び同第8998411号明細書において提供されており、OCTシステムの例は米国特許第6741359号明細書及び同第9706915号明細書において提供され、OCTA撮像システムの例は米国特許第9700206号明細書及び同第9759544号明細書に見られるかもしれず、これらすべての内容の全体を参照によって本願に援用する。万全を期して、例示的なOCT/OCTAシステムの例を本願で提供する。
face(例えば、正面図)画像が生成されてよい。
図53は、例示的なコンピュータシステム(又はコンピューティングデバイス又はコンピュータデバイス)を図解する。幾つかの実施形態において、1つ又は複数のコンピュータシステムは本明細書において記載又は図解された機能を提供し、及び/又は本明細書において記載又は図解された1つ又は複数の方法の1つ又は複数のステップを実行してよい。コンピュータシステムは、何れの適当な物理的形態をとってもよい。例えば、コンピュータシステムは、埋込みコンピュータシステム、システムオンチップ(SOC)、又はシングルボードコンピュータシステム(SBC)(例えば、コンピュータ・オン・モジュール(COM)又はシステム・オン・モジュール(SOM)等)、デスクトップコンピュータシステム、ラップトップ若しくはノートブックコンピュータシステム、コンピュータシステムのメッシュ、携帯電話、携帯型情報端末(PDA)、サーバ、タブレットコンピュータシステム、拡張/仮想現実装置、又はこれらのうちの2つ以上の組合せであってよい。適当であれば、コンピュータシステムはクラウド内にあってよく、これは1つ又は複数のクラウドコンポーネントを1つ又は複数のネットワーク内に含んでいてよい。
logic units)を含んでいてよい。プロセッサCpnt1は、マルチコアプロセッサであるか、又は1つ若しくは複数のプロセッサCpnt1を含んでいてよい。本開示は特定のプロセッサを説明し、図解しているが、本開示は何れの適当なプロセッサも想定している。
local)(VLB)バス、若しくはその他の適当なバス、又はこれらの2つ以上の組合せを含んでいてよい。
Claims (49)
- 眼のターゲット領域を撮像するための眼科撮像システムであって、
照明ビームを生成する光源と、
前記照明ビームを受け取って、コリメートされていない経路に沿って前記照明ビームを合焦させる第1の光学要素と、
前記コリメートされていない経路にあり、かつ前記ターゲット領域の共役面に配置されたビーム走査機構であって、前記第1の光学要素からの前記照明ビームを受け取る入射口と、走査位置が走査機構の動きに依存する走査ビームを出力する射出口とを有するビーム走査機構と、
前記ビーム走査機構から前記走査ビームを受け取る第2の光学要素と、を備え、前記第2の光学要素は、前記走査ビームを眼の前記ターゲット領域に合焦させる、システム。 - 前記ターゲット領域が眼の網膜であり、前記ビーム走査機構が眼の網膜共役に配置されている、請求項1に記載のシステム。
- 前記ビーム走査機構がKミラーを含む、請求項1または2に記載のシステム。
- 前記ビーム走査機構は、光軸の方向に沿って前記照明ビームを受け取り、かつ前記光軸の同じ方向に沿って前記走査ビームを出力する、請求項1乃至3の1つまたは複数に記載のシステム。
- 前記第1の光学要素は走査レンズであり、前記第2の光学要素は接眼レンズであり、前記走査レンズは、前記照明ビームを前記ビーム走査機構内の焦点に合焦させる、請求項1乃至4の1つまたは複数に記載のシステム。
- 前記照明ビームは、前記光源の軸出力方向を横切るラインビームである、請求項1乃至5の1つまたは複数に記載のシステム。
- 前記ビーム走査機構は、二次元照明パターンを形成するように回転可能であり、前記二次元照明パターンは、前記ビーム走査機構の回転によって回転される前記走査ビームからなる、請求項1乃至6の1つまたは複数に記載のシステム。
- 前記ビーム走査機構は、前記射出口において前記走査ビームを出力する出力側反射面を含む複数の反射面を含み、前記出力側反射面は、半径方向に変位して前記走査ビームに対して対応する半径方向の変位を与えるように構成可能である、請求項1乃至7の1つまたは複数に記載のシステム。
- 前記出力側反射面が走査機構の射出軸に対して所定の角度にあり、前記出力側反射面が前記所定の角度に沿って半径方向に変位されており、前記照明ビームが第1の長さを有するラインビームであり、前記走査ビームが少なくとも前記ラインビームの長さだけ半径方向に変位する、請求項8に記載のシステム。
- 照明パターンが環状形状を有する、請求項9に記載のシステム。
- 前記ビーム走査機構が出力走査ビームの軸を中心に回転し、前記出力走査ビームは前記ビーム走査機構の回転ごとに複数回回転し、その複数回は1の倍数に限定される、請求項1乃至10の1つまたは複数に記載のシステム。
- 前記眼科撮像システムが、光干渉断層撮影システム(OCT)、光干渉断層撮影血管造影システム(OCTA)、または眼底撮像システムである、請求項1乃至11の1つまたは複数に記載のシステム。
- 前記光源が、線形の一連の発光ダイオード(LED)であり、発光ダイオードの各々が選択的に作動可能である、請求項1乃至12の1つまたは複数に記載のシステム。
- 前記光源が、所定のパターンで作動可能な円形配置の発光ダイオード(LED)である、請求項1乃至13の1つまたは複数に記載のシステム。
- 前記ビーム走査機構が、第1のビーム周波数に対して反射性であり、かつ第2のビーム周波数に対して透過性である少なくとも1つの周波数選択光学系を含んでおり、前記ビーム走査機構が、前記第2のビーム周波数の光を前記射出口に向ける第2の光路を形成している、請求項1乃至14の1つまたは複数に記載のシステム。
- 前記ビーム走査機構の前記入射口にある前記照明ビームが、第1のビーム周波数の第1の光成分と第2のビーム周波数の第2の光成分とを含んでおり、出力走査ビームは、前記第1の光成分によって形成されており、前記第2の光成分は、前記射出口への第2の光経路に沿った固視像を形成する、請求項1乃至15の1つまたは複数に記載のシステム。
- 前記ビーム走査機構が、前記入射口で受け取られた前記照明ビームを反射する第1の表面と、第2の照明ビームに対して透過性を有する第2の表面とを有する少なくとも1つのミラーを含んでおり、前記第2の表面は、前記第1の表面とは反対側にあり、かつ前記ビーム走査機構の第2の入射口を形成している、請求項1乃至16の1つまたは複数に記載のシステム。
- 前記ビーム走査機構に結合された運動並進機構をさらに備えており、前記運動並進機構は、前記ビーム走査機構に一次元並進運動を与える、請求項1乃至17の1つまたは複数に記載のシステム。
- 前記運動並進機構が平行屈曲部を含む、請求項18に記載のシステム。
- 前記運動並進機構が、偏心を備えた誘導アクチュエータまたはモータを含む、請求項19に記載のシステム。
- 前記ビーム走査機構を含む第2の走査部品に入力される第1の走査信号を生成する第1の走査部品を含む走査システムをさらに備えており、
前記第1の走査部品は、眼の瞳孔共役に配置されており、前記第2の走査部品は、眼の網膜共役に配置されている、請求項1乃至20の1つまたは複数に記載のシステム。 - 前記第1の走査部品は、瞳孔共役に配置されたガルバノメータを含んでおり、前記ビーム走査機構は、網膜共役に配置されている、請求項21に記載のシステム。
- 光干渉断層撮影(OCT)システムであって、
照明ビームを生成する光源と、
瞳孔共役面に配置されており、かつ前記照明ビームの焦点フットプリントを受け取るビームスプリッタであって、前記ビームスプリッタは受け取られた前記照明ビームの第1の部分をサンプルアームに沿って撮像されるサンプルに方向付けるとともに、受け取られた前記照明ビームの第2の部分を参照アームに方向付ける、前記ビームスプリッタと、
瞳孔共役面に配置されており、前記瞳孔共役面に集光ウィンドウを形成するシステム瞳ストップと、
集光瞳を通って前記サンプルアームから戻る後方散乱光をキャプチャする光センサと、
前記光センサによってキャプチャされたデータを処理または保存するためのコンピューティングデバイスと、を備え、
前記ビームスプリッタは、前記集光ウィンドウの一部に及んでおり、かつ前記ビームスプリッタの両側に前記集光ウィンドウの少なくとも2つの未抽出領域を形成しており、
前記サンプルアームから戻る集光光は、前記ビームスプリッタの瞳孔共役面を通過するとともに、前記集光ウィンドウの前記未抽出領域を通過する、システム。 - 前記ビームスプリッタは、サンプルに方向付けられた光に対する照明領域と、サンプルアームから戻る後方散乱光に対する集光領域とを規定する瞳孔分割を提供する、請求項23に記載のシステム。
- 前記ビームスプリッタは、前記照明ビームの受け取られた焦点フットプリントの形状に適合した形状を有する、請求項23または24に記載のシステム。
- 前記ビームスプリッタの大きさは、前記照明ビームの受け取られた焦点フットプリントの大きさと同様である、請求項23乃至25の1つまたは複数に記載のシステム。
- 前記ビームスプリッタの形状が、前記照明ビームの受け取られた焦点フットプリントの形状と同様である、請求項23乃至26の1つまたは複数に記載のシステム。
- 前記コンピューティングデバイスは、前記光センサによってキャプチャされたデータに二次元(2D)FFT分析を適用しており、2D FFT分析は、参照信号と干渉信号とを分離する、請求項23乃至27の1つまたは複数に記載のシステム。
- 前記参照信号は、低空間周波数で前記干渉信号から分離される、請求項28に記載のシステム。
- 前記2D FFT分析は、真の干渉信号をその複素共役からさらに分離する、請求項28または29に記載のシステム。
- 深度分解画像は、前記2D FFT分析から決定された真の干渉信号に1D FFT分析を適用すること、およびその複素共役を除外することによって構築される、請求項30に記載のシステム。
- 前記2D FFT分析は、前記集光瞳における後方散乱光の空間分布を決定する、請求項28乃至31の1つまたは複数に記載のシステム。
- 前記コンピューティングデバイスは、決定された空間分布に基づいて、前記集光瞳に対する患者の瞳孔の位置合わせ測定値を決定する、請求項32に記載のシステム。
- 前記位置合わせ測定値に少なくとも部分的に基づいて、OCTシステムを患者の眼に位置合わせする自動瞳孔位置合わせ部品をさらに備える、請求項33に記載のシステム。
- 瞳ストップが、軸上構成と軸外構成との間で切り替え可能であるように自動化されている、請求項23乃至34の1つまたは複数に記載のシステム。
- 光干渉断層撮影(OCT)システムであって、
照明ビームを生成する光源と、
瞳孔共役面に配置されており、かつ照明ビームの焦点フットプリントを受け取るビームスプリッタであって、前記ビームスプリッタは受け取られた前記照明ビームの第1の部分をサンプルアームに沿って撮像されるサンプルに方向付けるとともに、受け取られた前記照明ビームの第2の部分を参照アームに方向付ける、前記ビームスプリッタと、
瞳孔共役面に配置されたシステム集光瞳と、
前記参照アームから、かつ前記サンプルアームから集光瞳を通って戻る後方散乱光をキャプチャする光センサと、
前記光センサによってキャプチャされたデータを分析すること、前記後方散乱光と参照光との干渉に基づいて、前記集光瞳内の前記後方散乱光の空間分布を抽出することを行うコンピューティングデバイスと、を備えるシステム。 - 分析によって干渉信号の空間周波数成分が抽出される、請求項36に記載のシステム。
- 前記後方散乱光と前記参照光との干渉によって、少なくとも1つの空間次元における空間フリンジが生成される、請求項36または37に記載のシステム。
- 分析は、少なくとも1つの次元に沿ってキャプチャされたデータに対してフーリエ変換を実行することを含んでいる、請求項36乃至38の1つまたは複数に記載のシステム。
- OCTシステムは、焦点フットプリントがラインビームであるラインフィールドOCTシステムであり、少なくとも1つの次元が前記ラインビームの長さに平行である、請求項36乃至39の1つまたは複数に記載のシステム。
- 分析は、キャプチャされたデータに対して二次元フーリエ変換を実行することを含んでいる、請求項36乃至40の1つまたは複数に記載のシステム。
- 前記サンプルは眼であり、前記コンピューティングデバイスは、前記後方散乱光の前記空間分布に少なくとも部分的に基づいて、集光瞳に対する眼の瞳孔の位置合わせに関する位置合わせ情報をさらに抽出する、請求項36乃至41の1つまたは複数に記載のシステム。
- 前記位置合わせ情報に少なくとも部分的に基づいてOCTシステムを眼に位置合わせする自動瞳孔位置合わせ部品をさらに備える、請求項42に記載のシステム。
- 前記位置合わせ情報が電子ディスプレイ上に表示される、請求項42または43に記載のシステム。
- 前記コンピューティングデバイスは、前記位置合わせ情報に基づいて位置合わせ不良の考えられる原因を識別する、請求項42乃至44の1つまたは複数に記載のシステム。
- キャプチャされた前記後方散乱光は、前記サンプル上の二次元領域に及ぶ複数のBスキャンを構成しており、
前記空間分布は、前記複数のBスキャンの各々から抽出されており、
前記コンピューティングデバイスは、抽出された前記空間分布に基づいて前記サンプルのOCTシステムへの位置合わせに関連する位置合わせ情報を抽出する、請求項36乃至45の1つまたは複数に記載のシステム。 - 前記位置合わせ情報は、前記複数のBスキャンのうちの少なくとも1つスキャンの空間分布と、眼の瞳孔が前記集光瞳に対して許容可能な位置合わせ内にある状態に対応する参照空間分布との比較に少なくとも部分的に基づくものである、請求項46に記載のシステム。
- 前記位置合わせ情報は、前記複数のBスキャンにおける1つのBスキャンから別のBスキャンへの空間分布の変化に少なくとも部分的に基づくものである、請求項46または47に記載のシステム。
- 前記複数のBスキャンの各々から抽出された空間分布は、少なくとも2つの干渉パターンを含んでおり、
前記空間分布の変化は、1つのBスキャンと別のBスキャンとを比較した場合の、少なくとも2つの干渉パターン間の距離の変化を含んでいる、請求項48に記載のシステム。
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