JP4550069B2 - 高速スイッチングスリットスキャン型画像取込みシステム - Google Patents

Description

本発明は患者の眼の診断評価のためのスリットスキャン型画像取込みシステムに関する。さらに詳しくは、本発明は、高輝度発光ダイオード（ＨＬ-ＬＥＤ）またはレーザなどの、高速スイッチング光源を用いるスリットスキャン型画像取込みシステムに向けられる。

ボッシュロム社（Bausch & Lomb Incorporated）から入手できるＯｒｂｓｃａｎ（商標）などの従来のスリットスキャン型画像取込みシステムでは、スリット光源は白熱光源からの集束白色光である。これらのタイプの光源は一般に、全光状態まで増光するため及び、消光するため、すなわちゼロ光状態まで減光するために、比較的長い時間が必要である。この時間は一般に数１００ミリ秒である。

これらの長い増光及び減光時間のため、患者の眼の検査時間中はスリットランプを全光状態にしておく必要がある。例えばＯｒｂｓｃａｎは、時にはスリットを眼にかけて増分移動させ、他の時にはシステムによる画像取込みのためにスリットを静止させておく必要がある、移動スリット型システムである。

モーターがスリット像源を移動させ、これにより照射されるスリット像を眼にかけて移動させると、この移動が眼にわたる光のスミアを生じさせる。このスミアは分析に対して画像を使用できなくし、したがって画像は放棄される。この放棄される画像は患者が患者の眼を動かさずにおく必要があるが、それでも得られるデータはない、時間長を反映する。したがって、この時間長はスリット画像を得るにあたっての効率を高める機会を示す。

眼の画像を得るための検査時間長の短縮は、患者が眼を動かさずにいなければならない時間長を短縮するために重要であるが、取り込まれるデータの品質低下をもたらし得る。患者が眼を動かさずにいなければならない時間が長いほど、画像品質も低下させる患者の眼の乾きが激しくなり得るし、患者に不快感を与え、また自然な眼球運動が困難になる。

この問題を解決するための別の手法には、何か映写機に類似の手段を含めることができよう。この解決策は、スリット像源が移動している間、ランプからの光を遮る機械的シャッタを利用することになろう。これにより、次いで、第１のモーターが第１のスリット像源を移動させている間に、データ取込みのための第２のランプによるスリット像を眼に当てることが可能になる。しかし、これを達成するには、アナログビデオカメラに電子的に同期させる必要がある、非常に高速なシャッタシステムが必要になるであろう。この手法は費用がかかり、複雑になるであろう。さらに、機械部品の使用により、機械部品の摩耗による故障がおこるであろう。

したがって、検査時間長が大幅に短縮され、同時に必要な画像を取り込むための比較的単純であって安価な手段を与える、解決策を提供することが望ましいであろう。

本発明の課題は、眼の検査時間を大幅に短縮することができ、同時に比較的単純で安価とすることができる、画像取込み手段を提供することである。

図１は従来技術のスリットスキャン型画像取込みシステムに用いられる代表的なスリット白熱ランプについての増光ランピング時間及び減光ランピング時間を示すタイミング図である。図２は全光状態まで増光するかまたは実効的に消光状態まで減光するための代表的なレーザまたはＬＥＤ光源についてのランピング時間を示すが、図１と同じ尺度ではない。図１の図２との比較からわかるように、図２において光源を増光及び減光するためには基本的に４桁よりさらに短い時間しか必要ではない。以下でさらに詳細に説明するように、この非常に高速な光源の増光及び減光時間により、本発明にしたがう、さらに一層高効率で高速なスリットスキャン型画像取込みシステムが可能になる。

代表的な従来技術の画像取込みシステムで取り込まれる画像には図３に示されるような、本発明においても好ましい、飛越し走査ビデオ画像が用いられる。図３は一般的な６４０×４８０画素フレームの飛越し走査ビデオとして取り込まれた数字１の画像を示す。この飛越し走査ビデオ画像は当業者にはよく知られており、黒いすなわち暗いラインとして示される奇数画素ライン１０及びより明るい陰影領域すなわち灰色のラインとして示される偶数画素ライン１２を有する。そのような飛越し走査ビデオは、ボッシュロム社から入手できるＯｒｂｓｃａｎシステムなどの従来技術のシステムに用いられ、米国特許第５５１２９６６号及び５５１２９６５号などの特許の明細書に説明されている。これらの特許明細書はいずれも本明細書に参照として含まれる。飛越し走査ビデオ画像が好ましいが、順次走査画像などのその他のビデオ画像も用い得ることに注意されたい。

画像取込みシステムにおいては一般に、図３の飛越し走査ビデオ画像は、それぞれの画像が６４０×２４０画素であり、奇数フィールド１０及び偶数フィールド１２からのデータしか含んでいない図４及び５の画像になるような、奇数フィールド及び偶数フィールドに分けられる。この説明例において、図４は図３の飛越し走査フレームからの奇数フィールドデータ１０の全てを含み、図５は図３の飛越し走査フレームからの偶数フィールドデータ１２の全てを含む。図４及び５に示されるような奇数フィールドと偶数フィールドの分離は当業者にはよく知られている。

一般的な従来技術のスリットスキャン型画像取込みシステムは、奇数フィールドと偶数フィールドを分離できる能力を用いて奇数フィールドにおけるスリットスキャン像を取得すなわち取り込み、同時に、偶数フィールドを取り込むためにフレーグラッバーによって必要とされる時間を用いてビデオシステムによる次の奇数フィールドスキャン中に別のスリット画像を取り込むための所定の位置におくためにスリット像を移動させる。

このことは、一般的な従来技術のタイミング図を示す、図６のタイミング図に見ることができる。一番上の図は、奇数フィールドまたは偶数フィールドを取得すなわち取り込むために必要な時間が示される、飛越し走査ビデオシステムに対するタイミング図を示す。一般に、それぞれのフィールドにはほぼ１/６０秒のスリット像照射が必要である。図からわかるように、一般的なスリット白熱ランプからのスリットランプ光量は全光状態まで増光され、画像取込み時間にわたって維持される。これは、従来技術の一般的なスリット白熱ランプでは図１に上で示されるように増光または減光に少なくとも４００ミリ秒が必要であるが、奇数フィールドまたは偶数フィールドを取り込むための時間はほぼ１６.７ミリ秒であり、したがってスリットランプは全光状態に維持されている必要があるからである。

画像を取り込むときには一般に、スリットスキャン型画像取込みシステムはそれぞれの目にかけてスリットを左側からも右側からもスキャンさせる。これにより、眼の包括的分析を提供するための、患者の眼の十分広い面積にわたって確実なデータを得ることが可能になる。図６は、いずれか一方のサイドでスリット像源を移動させて患者の眼にかけてスリット像を投影するための画像取込み及びスリットモーター作動についての従来技術のタイミング図を示す。実施においては、１つの眼について十分なデータを取り込むためにサイド＃２について同じ画像取込みが反復されなければならない。図からわかるように、従来技術のスリットスキャン型画像取込みシステムのビデオカメラ及びビデオシステムが、奇数フィールドスキャン中にビデオ画像を取り込むが、次の偶数フィールドスキャン中には画像が取り込まれない。この時間中に、スリットモーターは眼の次のスリット画像を取り込むための次の位置にスリット像源を移動させる。スリットモーターが静止状態に保持されている奇数フィールドスキャン中に画像が取り込まれ、画像が取り込まれない偶数フィールドスキャン中にスリットモーターが作動される。このようにすれば、モーター作動によって生じるであろう、モーター作動中の光のスミアが回避され、複雑で費用のかかるいかなる機械的シャッタ機構の必要も回避されるであろう。しかし、図６のタイミング図からわかるように、偶数フィールドスキャン中にはいかなるデータも取り込まないことにより、基本的に画像の取込みに必要な時間の半分はスリット像源を移動させる必要のために無駄に使われる。検査のために患者が眼を動かさずにおくに必要な時間が長くなるほど、患者は一層不快に感じるであろうし、取り込まれるデータの品質も患者の眼の乾き及び自然な眼球運動のために一層低下するであろう。

一般的な従来技術システムは次いで、患者の眼について取り込まれたそれぞれのスリット画像に対して図７に示されるように、奇数フィールドデータをフレームに分ける。

本発明は従来技術のタイミング問題を解決し、シェイフター・アンド・キルヒホッフ（Schaefter and Kirchhoff）タイプ１３Ｌ...＋９０レーザ及びwww.lumileds.comからのＨＬ-ＬＥＤパーツ番号ＬＸＨＬ-ＮＷ９８などの、レーザまたは高輝度発光ダイオード（ＨＬ-ＬＥＤ）のような高速スイッチング光源の使用により飛越し走査ビデオスキャン時間を有効かつ高効率に活用する。もちろん、その他の光源も十分高速にスイッチングすることができれば用いることができよう。

図８は本発明にしたがうスリットレーザタイミング図を示す。図からわかるように、図６に示されるものと同じ奇数フィールド及び偶数フィールドのフレームスキャン時間が示される。しかし、スリットレーザランプ時間が基本的に図２に示される時間であり、基本的に全光状態まで増光するかまたは基本的に消光状態まで減光するのに必要な時間が１００マイクロ秒未満であるような、２つのスリットレーザパワータイミング図が示される。図８でわかるように、高速スイッチング光源は、モーターがスリット像源を１つの位置から次の位置まで移動させるために必要な時間長より短い時間長で、ほぼ全光状態まで増光し、実効的に消光状態まで減光する。一般に、スリット像源を１つの位置から次の位置まで移動させ、１つの位置からの次の位置で安定させるには単モーターでほぼ１６.７ミリ秒必要である。この高速スイッチングにより、患者の眼の主要部分にかけて複数のスリット画像を取り込むに必要な時間長が最小限に抑えられる。これは、この場合には図８のタイミング図に示されるように、奇数フィールド及び偶数フィールドのいずれにおいても画像を取り込むことができることによる。サイド＃１のスリットレーザが全光状態にあり、サイド＃２のスリットレーザまたはＨＬ-ＬＥＤ光源が消光状態にある時に、画像が取り込まれているから、サイド＃２のスリットモーターはサイド＃２のスリット像源を所定の位置に移動させ、よってサイド＃２のスリットレーザまたはＨＬ-ＬＥＤ光源が増光されて、その画像が第１の偶数フィールドで取り込まれ、その間にサイド＃１のモーターがサイド＃１のためのスリットマスクまたはミラーを移動させる。従来技術の白熱光源を用いるのでは、そのようなタイミング方式は単に不可能である。

一般的な目の検査では４０のスリット画像を得る。本発明についてこれらの画像を得るに必要な時間はほぼ０.７秒（１フレーム１/３０秒で２０フレーム）である。これは、約１.７秒の従来の取込み時間よりかなり短い。

図９は、本発明にしたがう、取り込まれたスリット画像の合成飛越し走査ビデオフレームを示す。奇数ライン１０はサイド＃１からのスリット画像を含み、偶数フィールドライン１２はサイド＃２のスリット像源からの画像を含む。これらの飛越し走査ビデオ画像は次いで既知の手段により、図４及び５に関連して上述したように、奇数分離フレーム及び偶数分離フレームに分けられる。

図１０は本発明にしたがう、集束点光源にかけて移動するスリットマスクを用いて患者の眼のスリット画像を得るためのスリットスキャン型画像取込みシステム１４を示す。少なくとも２つのスリット像が患者の眼に照射され得るように、静止ミラー及びレンズ１７及び１９で反射及び集束される、少なくとも２つの高速スイッチング集束点光源２０及び２２に少なくとも２つのスリットマスク１６及び１８がともなう。眼２８にかけて照射されるスリット像を複数の位置に増分移動させるため、少なくとも２つのモーター２４及び２６がそれぞれスリットマスク１６及び１８に連結される。スリットマスク１６，光源２０，静止ミラー及びレンズ１７並びにモーター２４の組合せが図８のタイミング図のサイド＃１を形成し、要素１８，２２，１９及び２６が組合わさってサイド＃２を形成する。

図１１は本発明にしたがう、眼をスキャンするために静止スリット像源及び可動ミラーを用いる、患者の眼のスリット画像を得るための別のスリットスキャン型画像取込みシステム１５を示す。少なくとも２つのスリット像が患者の眼に照射され得るように、少なくとも２つの可動ミラー２５及び２７が少なくとも２つの高速スイッチング静止スリット光源２１及び２３にともなう。眼２８にかけて照射されるスリット像を複数の位置に増分移動させるため、少なくとも２つのモーター２９及び３１がそれぞれ可動ミラー２５及び２７に連結される。光源２１，可動ミラー２５及びモーター２９の組合せが図８のタイミング図のサイド＃１を形成し、要素２３，２７及び３１が組合わさってサイド＃２を形成する。

図１０及び１１をともに参照すれば、眼２８上に照明されたスリットの画像を取り込むためのビデオカメラ３０が取り込まれた画像を格納するためのフレームグラッバー３２に接続されている。高速スイッチング光源２０及び２２は、スリットマスク１６または１８あるいは可動ミラー２５または２７を１つの位置から次の位置まで移動させるためにモーター２４及び２６あるいはモーター２９及び３１によって必要とされる時間長より短い時間長で、ほぼ全光状態まで増光し、実効的に消光状態まで減光する。これにより、患者の眼の主要部分にかけて複数のスリット画像を取り込むに必要な時間長を最小限に抑えることが可能になる。

ビデオカメラは、テリ（Teli）ＮＴＳＣ飛越し走査白黒カメラなどのタイプのビデオカメラであることが好ましく、フレームグラッバーはコレコ（Coreco）から入手できるＰＣビジョンなどの飛越し走査フレームグラッバーであることが好ましい。スリットマスク２０及び２２，可動ミラー２５及び２７，高速スイッチング集束点光源２０及び２２，高速スイッチング静止スリット光源２１及び２３並びにモーター２４及び２６及び３９及び３１は全て、光源のスイッチング及びスリットマスクまたは可動ミラーの移動を制御するためのコントローラ３４の部品であることが好ましい。第１のスリットマスク１６または可動ミラー２５を介してスリット像が眼２８上に照射されるように、第１の光源２０または２１が増光されている間に、第２の光源２２または２３が減光されて、第２のスリットマスク１８または可動ミラー２７が次の位置に移動させられ、光源２０または２１あるいは２２または２３を増光または減光するための時間はスリットマスク１６または１８あるいは可動ミラー２５または２７を患者の眼２８に関して次の位置に移動させるに必要な時間より短い。これにより、飛越し走査フレームのそれぞれのフィールドが患者の眼に照射された第１及び第２のスリットマスク像のいずれからのデータも含むことが可能になる。コントローラ３４は、取り込まれたスリット画像を分析し、スキャンされた眼２８に関する、トポグラフィ、角膜厚及びその他の診断情報などのデータを治療医に提供するためのＣＰＵ３８も備えるシステムコンソール３６の一部であることが好ましい。

スリット白熱灯の増光ランピング時間及び減光ランピング時間の図式表示である スリットレーザランプについての代表的な増光ランピング時間及び減光ランピング時間の図式表示である 数字１の飛越し走査ビデオ画像である 図３の奇数フィールドの飛越し走査ビデオ画像である 図３の偶数フィールドの飛越し走査ビデオ画像である 白熱光源スリットスキャン型画像取込みシステムのための手順を示す従来技術のタイミング図である 図６で説明される従来技術システムによって取り込まれた代表的なスリット像である 本発明にしたがう、高速スイッチングレーザまたはＨＬ-ＬＥＤ光源を用いるシステムのタイミング図である 本発明にしたがうシステムで取り込まれた合成ビデオスリット画像である 本発明にしたがう、集束点光源にかけて移動するスリットマスクを用いるスリットスキャン型画像取込みシステムのブロック図である 本発明にしたがう、眼をスキャンするために静止スリット像源及び可動ミラーを用いる別のスリットスキャン型画像取込みシステムのブロック図である

符号の説明

１４ スリットスキャン型画像取込みシステム
１６，１８ スリットマスク
１７，１９ 静止ミラー及びレンズ
２０，２２ 高速スイッチング集束点光源
２４，２６ モーター
２８ 眼
３０ ビデオカメラ
３２ フレームグラッバー
３４ コントローラ
３６ システムコンソール
３８ ＣＰＵ

Claims (16)

1. 患者の眼のスリット画像を得るためのスリットスキャン型画像取込み装置において、
   少なくとも２つのスリット像源、
   少なくとも２つの高速スイッチング光源であって、少なくとも２つのスリット像が前記患者の眼に照射され得るように、１つのスリット像が前記光源の内の１つにともなうものである高速スイッチング光源、
   前記照射されるスリット像を前記眼に亘り複数の位置に増分移動させるためにそれぞれが前記スリット像源に連結された、少なくとも２つのモーター、
   前記眼に照射されたスリット像の画像を取り込むためのビデオカメラ、及び
   前記取り込まれた画像を格納するために前記ビデオカメラに接続されたフレームグラッバー、
   を備え、
   前記モーターがスリット像を１つの位置から次の位置に移動させるのに必要な時間長より短い時間長で、前記高速スイッチング光源がほぼ全光状態まで増光し、実効的に消光状態まで減光し、これにより、前記患者の眼の主要部分に亘る複数のスリット画像を取り込むに必要な時間長が最小限に抑えられることを特徴とする装置。
2. 前記高速スイッチング光源がレーザまたは発光ダイオードであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記モーターが前記スリット像源を１つの位置から次の位置に約１/６０秒で移動させることを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 前記フレームグラッバーが飛越し走査フレームグラッバーであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
5. 前記フレームグラッバーが順次走査フレームグラッバーであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
6. 前記光源が１００マイクロ秒より短時間で増光または減光することを特徴とする請求項１に記載の装置。
7. 患者の眼のスリット画像を得るためのスリットスキャン型画像取込み装置において、
   少なくとも第１及び第２のスリット像源、
   少なくとも第１及び第２の高速スイッチング光源であって、少なくとも２つのスリット像が前記患者の眼に照射され得るように、前記第１の光源に前記第１のスリット像源がともない、前記第２の光源に前記第２のスリット像源がともなうものである高速スイッチング光源、
   前記眼に照射された前記スリット像の画像を取り込むためのビデオカメラ、
   前記取り込まれた画像を格納するための前記カメラに接続された飛越し走査フレームグラッバー、及び
   前記光源のスイッチング及び前記スリット像源の移動を制御するためのコントローラであって、前記第１のスリット像源を介して前記眼にスリット像が照射されるように前記第１の光源が増光される間に、前記第２の光源が減光され、前記第２のスリット像源は次の位置に移動させられ、光源を増光または減光するための時間は前記患者の眼に関してスリット像源を次の位置に移動させるに必要な時間より短く、これにより、飛越し走査フレームのそれぞれのフィールドが前記患者の眼に照射される前記第１のスリット像源の像及び前記第２のスリット像源の像のいずれからのデータも含むことが可能になるものであるコントローラ、
   を備えたことを特徴とする装置。
8. 前記高速スイッチング光源がレーザまたは発光ダイオードであることを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 前記コントローラが、前記照射されるスリット像を前記眼にわたり複数の位置に増分移動させるためのスリットマスクまたは可動ミラーに接続されたモーターを有することを特徴とする請求項７に記載の装置。
10. 前記モーターが前記スリット像源を１つの位置から次の位置に約１/６０秒で移動させることを特徴とする請求項９に記載の装置。
11. 前記光源が１００マイクロ秒より短時間で増光または減光することを特徴とする請求項７に記載の装置。
12. 患者の眼のスリット画像を得るためのスリットスキャン撮像装置の動作方法において、
    少なくとも第１及び第２のスリット像源を提供する工程、
    前記患者の眼にスリット像を照射するために前記スリット像源のそれぞれを第１及び第２の高速スイッチング光源にともなわせる工程、
    前記眼に照射された前記スリット像の画像を取り込むためのビデオカメラを提供する工程、
    前記取り込まれた画像を格納するために前記ビデオカメラに飛越し走査フレームグラッバーを接続する工程、及び
    前記光源のスイッチング及び前記スリット像源の移動を制御する工程、
    を有してなり、
    前記第１のスリット像源を介して前記眼にスリット像が照射されるように前記第１の光源が増光される間に、前記第２の光源が減光され、前記第２のスリット像源は次の位置に移動させられ、光源を増光または減光するための時間は前記患者の眼に関してスリット像源を次の位置に移動させるに必要な時間より短く、これにより、飛越し走査フレームのそれぞれのフィールドが前記患者の眼に照射された前記第１のスリット像源の像及び前記第２のスリット像源の像のいずれからのデータも含むことが可能になことを特徴とする方法。
13. 前記光源がレーザまたは発光ダイオードであることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 光源を増光または減光するための前記時間が１００マイクロ秒より短いことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
15. 前記制御する工程が、前記患者の眼にかけて照射される前記スリット像を移動させるためにスリットマスクまたは可動ミラーのそれぞれにモーターを連結する工程を含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
16. 前記モーターが１つの位置から次の位置にスリットマスクまたは可動ミラーを約１/３０秒で移動させることを特徴とする請求項１５に記載の方法。

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