JP3730554B2 - 前眼部撮影装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、前眼部を撮影する前眼部撮影装置に関し、さらに詳しくは前眼部組織の混濁程度を知ることができる前眼部撮影装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
被検眼前眼部をスリット光により光切断し、シャインプルークの原理に基づいて配置された撮影光学系により前眼部断面画像を得る前眼部撮影装置が知られている。この装置によれば、撮影された断面画像を観察、解析することにより、水晶体等の各部位の混濁程度を知ることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の装置においては、１枚の断面画像について観察・解析するだけであったので、前眼部全体に対する３次元的な混濁位置とその混濁程度を的確に把握することが容易でなかった。また、従来は混濁部位の断面画像を得るためには、まず、正面から徹照像を撮影し、その徹照像を基にスリット断面撮影の角度又は位置を決定していたので、撮影に手間が掛かった。
【０００４】
本発明は、上記従来技術に鑑み、混濁部位の位置とその程度を的確に把握することができ、また、そのための撮影が容易な前眼部撮影装置を提供することを技術課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とする。
（１） 被検眼前眼部にスリット光を投影するスリット投影光学系と、該スリット投影光学系に対して傾斜した撮影光軸を持ち、シャインプルークの原理に基づいて配置された撮影レンズ及び撮像素子を有する撮影光学系と、スリット光及び撮影光学系をスリット投影光学系の光軸を中心として軸周りに回転する回転手段と、を有する前眼部撮影装置において、シャインプルークの原理に基づいて撮影するときの縦横比の歪みを光学的又は画像処理により補正して縦横比補正断面画像情報を得る第１補正手段と、縦横比補正断面画像からの見かけ上の位置情報と眼球内部の各組織の屈折率情報に基づいて光線追跡を行い、眼球内部での屈折による歪みを補正した屈折歪み補正断面画像情報を得る第２補正手段と、複数の撮影角度での屈折歪み補正断面画像情報とその撮影角度情報に基づいて各部位の三次元位置及び輝度情報を求めて、前眼部の形状解析又は特定部位の混濁解析を行う解析手段と、該解析手段による解析結果を表示する表示手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る前眼部撮影装置の光学系を示す図である。
【０００７】
＜スリット投影光学系＞ １は反射鏡、２は撮影用光源としてのハロゲンランプ、３はコンデンサレンズ、４はスリット開口絞り、５は投光レンズ、６はスリット投影光学系の光軸Ｌ１上に斜設されたダイクロイックミラーである。ダイクロイックミラー６は可視光の大部分を透過し、赤外光を反射する特性を持つ。
【０００８】
ハロゲンランプ２を発した光束はコンデンサレンズ３によって集光してスリット開口絞り４を照明する。スリット開口絞り４により細いスリット状に制限された光束は、投光レンズ５、ダイクロイックミラー６を透過し、被検眼に投影される。これにより、被検眼前眼部の透光体（角膜、前房、水晶体等）は、可視域の白色光源で光切断された形で照明される。
【０００９】
＜スリット断面撮影光学系＞ Ｌ２はスリット断面撮影光学系の撮影光軸を示す。７は偏角プリズム、８は撮影レンズ、９は像の歪みを補正するためのアナモフィックレンズ、１０は高感度ＣＣＤカメラである。スリット断面撮影光学系の光軸Ｌ２は、スリット投影光学系の光軸Ｌ１に対して４５度の傾き角度を持って配置されている。撮影レンズ８はシャインプルークの原理を満たすように、偏角プリズム７により方向が変えられる撮影光軸に対して傾いて配置されている。すなわち、偏角プリズム７を取り除いたときには、スリット投影光による被検眼前眼部の光切断の延長とＣＣＤカメラ１０の撮像面１０ａの延長との交線が、撮影レンズ８の主平面の延長線上で交わる関係に配置されている。この光学配置により、ＣＣＤカメラ１０の撮像面１０ａ上に形成される断面像は、その断面像の略全体で合焦する焦点深度を持つようにすることができる。
【００１０】
＜アライメント指標投影光学系＞ １４はアライメント用の近赤外光源、１５はダイクロイックミラー、１６は投影レンズである。光源１４から発した光はダイクロイックミラー１５を通過し、投影レンズ１６により平行光束にされた後、ビームスプリッタ２０で反射する。その後、アライメント光はダイクロイックミラー６により反射され光軸Ｌ１に沿って被検眼Ｅに向かい、角膜頂点から角膜曲率半径の半分の距離だけ眼内側の位置に光源像を形成する。
【００１１】
＜固視標呈示光学系＞ １１ａ、１１ｂは可視光を発する固視光源である。本装置では、鼻側から撮影しても耳側から撮影しても対称な断面像を得るため、被検眼の眼軸（光軸）と光軸Ｌ１と一致させように、左眼用と右眼用にそれぞれ１個の固視光源が配置されている（この関係は、特開平４−９６７３０号公報を参照）。１２は徹照像撮影用の近赤外光を発する光源である。１３は固視光源１１ａ、１１ｂと光源１２に対応した位置にピンホール開口を持つターゲット板である。光源１１ａ、１１ｂから発した光は、ターゲット板１３を照明する。ターゲット板１３を出射した光はダイクロイックミラー１５、投影レンズ１６、ビームスプリッタ２０、ダイクロイックミラー６を経て被検眼Ｅに向かう。被検眼Ｅにはターゲット板１３を出射した光源１１ａ又は１１ｂの光を固視させる。
【００１２】
＜前眼部正面撮像光学系＞ ２１は撮影レンズ、２２は赤外域に感度を有する正面観察用のＣＣＤカメラである。２３は近赤外光を発する前眼部照明光源である。光源２３により照明された正面の前眼部は、ダイクロイックミラー６、ビームスプリッタ２０、撮影レンズ２１を経てＣＣＤカメラ２２により撮影される。また、角膜で反射したアライメント指標光束は、同じ光路を経てＣＣＤカメラ２２の撮像面に結像する。
【００１３】
図２は光学系の回転機構を説明する図である。３０はパルスモータである。スリット投影光学系の反射鏡１〜投光レンズ５までの部材は保持ユニット３１に保持されている。保持ユニット３１は光軸Ｌ１を中心に回転可能に装置本体の筐体内部で保持されおり、ギヤ等の回転伝達部材を介してモータ３０により回転される。また、偏角プリズム７〜ＣＣＤカメラ１０のスリット断面撮影光学系は保持ユニット３２に保持されている。この保持ユニット３２は固定部材３３によって保持ユニット３１に固定されている。これらの構成により、被検眼に投影されるスリット光とスリット断面撮影光学系とが、光軸Ｌ１を中心にその軸回りに回転する。また、図２において、３５は保持ユニット３１（又は保持ユニット３２）の初期回転位置を検出するセンサである。
【００１４】
図３は、本装置の制御系の構成図を示す。１００は上述の光学系及び回転機構が配置される前眼部撮影ユニットである。制御部６０には、ＣＣＤカメラ１０，２２、撮影光源２等の各光源、モータ３０、センサ３５、撮影スイッチ６１、各種のスイッチを持つ操作パネル６２、撮影された断面画像を記憶するメモリ６３、観察画像及び撮影画像を表示するディスプレイ６５、画像データを外部に出力する出力部６６、が接続されており、制御部６０はこれらの要素を制御する。
【００１５】
２００は画像解析ユニットであり、前眼部断面撮影部１００からの断面画像データに画像処理を施して解析するコンピュータ部２０１を備える。コンピュータ部２０１は、画像データを記憶保持するメモリや画像解析のための解析プログラムを有する。また、コンピュータ部２０１にはキーボード２０２、マウス２０３、カラーディスプレイ２０４、プリンタ２０５が接続されており、コンピュータ部２０１はこれらを制御する。
【００１６】
以上のような構成の装置の動作を説明する。被検眼を所定の位置に位置させた後、被検眼にはターゲット板１３を出射した光源１１ａ、１１ｂの光を固視させる。制御部６０は左右眼の設定信号に基づいて固視光源１１ａ又は１１ｂを点灯する。ＣＣＤカメラ２２により撮像された被検眼の正面画像はディスプレイ６５に送られる。検者はディスプレイ６５に映し出されるアライメント指標像と電気的に形成されたレチクル像（光学的に形成することでも良い）が所定の関係になるように、図示なきジョイスティック等の操作により被検眼に対して前眼部断面撮影部１００を上下左右に移動してアライメントを行う。これにより前眼部断面撮影部１００の光学系と被検眼Ｅとの光軸合わせができる。また、前眼部断面撮影部１００を前後させてアライメント指標像が最も小さくクリアな像となるように作動距離のアライメントを行う。
【００１７】
アライメントが終了したら、検者は撮影スイッチ６１を操作し撮影を開始する。制御部６０は撮影スイッチ６１の信号により、撮影光源２を点灯すると共に、モータ３０を駆動してスリット投影光学系と断面撮影光学系を光軸Ｌ１の軸回りに回転する。撮影光源２の点灯により、被検眼前眼部はスリット光により光切断される。スリット光で光切断された前眼部からの散乱光は断面撮影光学系に向かい、ＣＣＤカメラ１０により断面画像が撮影される。このとき、制御部６０はパルスモータ３０のパルス数と同期させ、所定の回転角度毎にＣＣＤカメラ１０から出力される撮影画像をメモリ６３に記憶させる。また、撮影角度の情報も撮影画像と対応付けて記憶させる。なお、回転撮影中は、撮影光源２の撮影光量が一定に制御されている。
【００１８】
半周の回転で全周分の撮影像が得られるので、撮影画像の枚数は１８枚（１０度毎の回転）以上が好ましい。さらに好ましくは、３６枚以上（回転角５度毎）である。本実施形態ではできるだけ精度の良い立体解析が行えるように、スリット光の幅80μｍとした場合、回転角２．２５度毎に撮影した８０枚の撮影画像を自動的にメモリ６３に記憶させる。回転角度は固定であっても良いが、任意に設定できる構成が好ましい。
【００１９】
なお、スリット投影光学系及び断面撮影光学系は、撮影前に初期回転角度に置かれている。初期回転角度の状態はセンサ３５により検知される。初期回転角の設定は、装置の起動時又は操作パネル６２のリセットスイッチを押すことにより行われる。また、撮影が終了したときも初期回転角度に置かれる。
【００２０】
撮影が終了したら、操作パネル６２の画像転送スイッチを押し、メモリ６３に記憶した全ての撮影画像とその回転角度情報をコンピュータ部２０１に出力する。コンピュータ部２０１側では、画像解析の解析プログラムにより撮影画像を立体構築する。
【００２１】
撮影画像の立体構築について説明する。本装置の光学系では、図１に示したように、撮影光軸に対して物体平面が４５度傾いており、撮影レンズ平面を撮影光軸に対して所定角度分だけ傾けることによりシャインプルーク原理を満たしている。ただし、この配置は像面上で縦横比が歪んだ像となる。このシャインプルークの原理による歪みについては、アナモフィックレンズ９を配置することで補正がされる。図４は撮影された断面画像を示す。なお、シャインプルークの原理による歪みの補正は画像処理によっても行うことができる。
【００２２】
また、ここで得られる前眼部断面像の散乱光は、撮影光学系を通るだけでなく、一部は眼球内部（前眼部透光体）を通過しており、眼球内部での屈折による歪みを受けるため、屈折後の見かけの像である。眼球内の各部位の位置情報を得る上では、この途中の前眼部透光体の影響をも補正することが好ましい。これは光線追跡を使用して補正する。
【００２３】
光線追跡はFederの一般光線追跡の公式を用いて行うことができる。光線追跡においては、断面画像における各部位の見かけの位置データ、各組織の屈折率（一般的な既知の値を使用する）を与えてやる。そして、Federの公式では、光線の通過する座標と光線の向きを方向余弦で表すことにより光線追跡を行う。
【００２４】
コンピュータ部２０１は、各撮影画像の各部位（角膜前面、角膜後面、水晶体前面、水晶体後面等の位置）について光線追跡を行うことにより、見かけの位置を補正した位置情報を得る。そして、これらの平面の位置情報と撮影角度情報を合せ、撮影画像全てから３次元位置情報を算出する。画像情報が得られていない部分については、周辺の画像から補間する。これにより、前眼部の各組織の立体形状を構築する。また、各組織内の輝度値に対応した３次元位置情報を求める。
【００２５】
ディスプレイ２０４には、図５のように、構築された前眼部立体像３００がグラフィック表示される。この前眼部立体像３００はマウス２０３の操作により、回転させたり、見る方向（網膜方向、正面方向、斜め方向等）を変えた表示ができる。
【００２６】
画像輝度の解析について説明する。ここでは、水晶体の混濁を解析する場合を例にとって説明する。撮影された断面画像は、スリット光により光切断された前眼部組織からの散乱によるものであり、混濁の度合いが進むほど画像輝度が高くなる。したがって、混濁の濃度（density値）は画像輝度で定量化することができ、例えば、０から２５５の２５６段階で表す（単位：cct）。混濁解析モードに設定すると、density値の度数分布が棒グラフでディスプレイ２０４に表示される。検者が任意のdensity値を指定すると、そのdensity値より高い部位（混濁度が進んだ部位）の位置座標が抽出され、ディスプレイ２０４に立体表示される。図６は正面方向から見たときの表示例であり、斜線部分３１０が抽出された混濁部位を示す。この混濁部位３１０の表示も、マウス２０３やキーボード２０２の操作により、回転させたり、見る方向を任意に指定することができる。このため、混濁部位の程度とその位置情報が視覚的に把握しやすい。なお、正面方向または網膜方向から見たときは、混濁部位及び程度が徹照像の形式よりもより正確に観察できる。抽出された混濁部位３１０については、容積が計測されてその結果が表示される。
【００２７】
また、混濁解析は任意の断面についても行える。図５の表示において、検者はマウス２０３等を用いて３点Ｐ,Ｑ,Ｒを指定し前眼部立体像３００上に解析したい断面を決定する。または、解析したい断面上に含まれる直線として２点Ｐ,Ｑ指定した上で、その直線を軸とし回転表示させて解析したい断面の確認をし、最後に１点Ｒを指定することにより解析したい断面を決定することもできる。これは、図６の表示状態においても可能である。ディスプレイ２０４には、図７のように、立体像３００を輪切りにした断面を含む立体図３２０が表示される。この立体表示の断面においては、density値に対応させた色分布のカラーマップで表示される。図７において、３０２がカラーマッピングされた混濁部位を示す。カラーマップは、例えば、density値を４段階に分け、段階毎に４色に色分けされる。また、マウス２０３を用いて図７の混濁部位ポイントを選択すると、その指定したポイントにおけるdensity値が表示されるようになる。このように、断面を含む立体像の形式で表示すると、混濁部位の位置関係が把握しやすくなりる。
【００２８】
なお、指定された断面のみを２次元的に表示しても良い。この場合、光軸を通る断面については、撮影した生画像の断面像を表示させ、その生画像上にカラーマッピングを施した図形を合成表示することもできる。もちろん、図４に示したような、撮影画像のみを撮影角の指定により選択的に表示することもできる。
【００２９】
また、任意に指定した断面において、density値をグレード化すると共に、指定断面（さらには指定部分を拡大した断面）を桝目状にエリアを分割し、各エリアにグレード化した数値を表示する。
【００３０】
以上は、水晶体混濁を例にとって説明したが、後嚢混濁、その他の前眼部組織のについても同様に行うことができる。また、混濁解析において必ずしも精度の良い立体形状の構築は無くても良い場合は、見かけの位置データのまま立体形状を算出することでも良い。
【００３１】
次に、形状解析について説明する。解析モードを形状解析モードに設定する。この形状解析では、前眼部組織の３次元形状の構築結果から、角膜表面の曲率分布、角膜裏面の曲率分布、角膜厚の分布、水晶体前面の曲率分布、水晶体裏面の曲率分布、水晶体厚の分布、前房深度の分布、等の各組織の形状が個別に測定される。図８はその表示例であり、ここでは水晶体表面の形状解析結果をカラーマップ表示した例を示している。他の組織の形状も同様にカラーマップで表示される。
【００３２】
また、形状解析モードでは、各組織の立体形状が個別にグラフィック表示される。図９は水晶体のみを抽出して立体像３３５でグラフィック表示した例である。この立体表示においても、マウス２０３等の操作により、見る視点を任意に変えた形態での表示が可能である。前房や角膜についても、同様に立体的なグラフィック表示が可能である。前眼部の各組織については、立体形状からその容積が測定可能であり、容積の測定結果は表示部３３６に数値表示される。もちろん、任意の指定範囲（マウス２０３等で指定可能）についての容積の測定も可能である。
【００３３】
また、図５に示した前眼部立体像３００に対して、マウス２０３を用いて３点Ｐ,Ｑ,Ｒを指定し解析したい断面を決定すると、図１０に示すような断面を含む立体像３５０が表示される。さらに、この断面において、測定したいポイントを指定する。例えば、寸法を得たい部分の始点ｐと終点ｑをマウス２０３等で決定すると、その間の寸法が測定され、測定結果が数値で表示される。また、前眼部立体像３５０の断面において、角膜や水晶体の曲率半径も、任意のポイントを指定することにより数値表示される。これは、図９に示した立体像３３５についても同様に行える。
【００３４】
上記のような形状測定においては、その基となる前眼部断面画像は眼の光軸（又は視軸としても良い）を中心に回転して撮影した画像であるので、スリット光を平行移動して断面撮影する場合に比べ、視力と密接な瞳孔領について精度の高い計測結果が得られる。このため眼科診療に有益な情報を提供できる。また、シャインプルークの原理を基にするため、角膜前面から水晶体後面までのクリアな画像が得られ、立体形状構築の精度が向上する。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば混濁部の位置とその程度や、前眼部の３次元的な形状を得ることができる。また、そのための撮影が容易に行え、被検者及び検者の負担が軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る前眼部撮影装置の光学系を示す図である。
【図２】光学系の回転機構を表す図である。
【図３】前眼部撮影装置の制御系構成図である。
【図４】撮影された断面画像を表示した図である。
【図５】構築された前眼部立体像を表す図である。
【図６】混濁部位を正面方向から見た図である。
【図７】断面を含む立体図を表示した図である。
【図８】水晶体表面の形状解析結果をカラーマップ表示した図である。
【図９】水晶体の形状解析結果を立体像でグラフィック表示した図である。
【図１０】形状解析結果を、断面を含む立体像で表示した図である。
【符号の説明】
４ スリット開口絞り
８ 撮影レンズ
１０ 高感度ＣＣＤカメラ
３０ パルスモータ
３１ 保持ユニット
３２ 保持ユニット
３３ 固定部材
３５ センサ
１００ 前眼部撮影ユニット
２００ 画像解析ユニット
３００ 前眼部立体像

Claims (1)

1. 被検眼前眼部にスリット光を投影するスリット投影光学系と、該スリット投影光学系に対して傾斜した撮影光軸を持ち、シャインプルークの原理に基づいて配置された撮影レンズ及び撮像素子を有する撮影光学系と、スリット光及び撮影光学系をスリット投影光学系の光軸を中心として軸周りに回転する回転手段と、を有する前眼部撮影装置において、シャインプルークの原理に基づいて撮影するときの縦横比の歪みを光学的又は画像処理により補正して縦横比補正断面画像情報を得る第１補正手段と、縦横比補正断面画像からの見かけ上の位置情報と眼球内部の各組織の屈折率情報に基づいて光線追跡を行い、眼球内部での屈折による歪みを補正した屈折歪み補正断面画像情報を得る第２補正手段と、複数の撮影角度での屈折歪み補正断面画像情報とその撮影角度情報に基づいて各部位の三次元位置及び輝度情報を求めて、前眼部の形状解析又は特定部位の混濁解析を行う解析手段と、該解析手段による解析結果を表示する表示手段と、を備えたことを特徴とする前眼部撮影装置。

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