JP4574195B2 - 眼底診断装置 - Google Patents

Description

緑内障や網膜剥離などの眼疾患を早期に発見するために、眼底検査が広く行われている。本発明は、眼底検査で撮影された眼底写真から緑内障の発症部位である視神経乳頭陥凹部や網膜剥離における黄斑部、球後視神経炎、黄斑部変性症などを確実に検出する装置に関するものである。

緑内障に罹患した場合、眼底の視神経乳頭部に蒼白部として見られる陥凹部が生じることが知られており、それを検出することにより発病の有無、進行度などの判断を行っている。その陥凹部の検出には、従来医師が直接眼底像を観察し判定する方法や撮影された患者の眼底写真を医師が観察し判定する方法が一般に行われていたが、判定の正確さや多くの患者を短時間で判定することは難しく、よりすぐれた測定方法が望まれていた。
このような状況の中で、近年、画像解析技術の向上に伴い眼底写真を画像解析し、定量的に且つ、より正確に判定を行うことができるようになってきている。

そのような方法には、視神経乳頭部の光強度から算出される閾値をもって、視神経乳頭部の蒼白部領域を抽出し、乳頭部との面積比により診断を行う方法（例えば、特許文献１参照）、眼底乳頭の３次元測定結果から乳頭陥凹部の大きさを示すＣ／Ｄ比（カップと呼ばれる乳頭陥凹部の縁とディスクと呼ばれる乳頭縁の距離比）を算出することにより視野欠損や進行度の予測を行う方法（例えば、特許文献２、３参照）、緑内障診断に用いる眼底像上に見られる視神経乳頭部内の蒼白部の抽出をＲＧＢ眼底画像のＲ成分画像及び彩度画像を組み合わせて行う方法（例えば、特許文献４参照）、眼底ステレオ画像から作成された波長の異なる２つのスペクトル画像により眼底の視神経乳頭部の立体形状を捉えて緑内障診断に利用する方法（例えば、特許文献５参照）等が提案されている。

特開平６−１２５８７６号公報 特開平１１−１５１２０６号公報 特開平１０−１５５７４４号公報 特開平６−１５４１７１号公報 特開２０００−２４５７００号公報

しかしながら、従来の医師が直接眼底部を検眼する方法や眼底写真から医師が読み取る検出方法では、医師の技量、経験などにより陥凹部の検出判断に個人差があることから早期の陥凹部検出や罹患部の判定を正確且つ迅速に行うことが困難であった。
更に、眼底画像を種々の解析技術を駆使して病理部を検出しようとする先に提案された方法をもってしても、健康診断で撮られたような単発で多量の眼底画像を取り扱い、緑内障の罹患に伴う視神経乳頭陥凹部や網膜剥離に伴う黄斑部などの眼底欠陥部の検出と判定をより正確に且つ迅速に行うことは困難であった。

そこで、本発明では健康診断で撮られたような単発で多量の眼底画像を取り扱い、緑内障の罹患に伴う視神経乳頭陥凹部や網膜剥離に伴う黄斑部などの眼底欠陥部の検出と判定をより正確に且つ迅速に行う診断装置を提供するものである。

請求項１記載の発明は、可視光線又は近赤外線により撮像した眼底部の画像を取り込む手段と、その画像を構成する画素の画素データを生成する手段と、生成された画素データから局所平面勾配画像を生成する手段と、その局所平面勾配画像を表示する手段とを備え、
前記画素データを生成する手段は、前記画像を構成する画素の画素位置及び輝度で構成される画素データを生成する手段であって、
前記局所平面勾配画像を生成する手段は、前記画素データから画素位置と輝度で構成される３次元像を生成し、任意の画素における局所最小二乗近似平面を求めて前記３次元像の基準水平面との傾き角度により局所平面勾配画像を生成する手段であることを特徴とする眼底部診断装置である。

請求項２記載の発明は、前記画素データが赤波長の可視光線により撮像された赤画像から生成されたことを特徴とする請求項１に記載の眼底部診断装置である。

請求項３記載の発明は、前記眼底部が視神経乳頭部であることを特徴とする請求項１又は２に記載の眼底部診断装置である。

請求項４記載の発明は、前記眼底部が網膜部であることを特徴とする請求項１又は２に記載の眼底部診断装置である。

請求項５記載の発明は、可視光線又は近赤外線により撮像した視神経乳頭部の任意の場所における画像を取り込み、その画像を構成する画素の画素データを生成し、生成された画素データから視神経乳頭部形状を求め、その視神経乳頭部形状を表示する視神経乳頭部解析方法であって、
前記画素データは、前記画像を構成する画素の画素位置及び輝度で生成し、
前記視神経乳頭部形状は、前記画素データの画素位置と輝度で３次元像を形成し、前記画素データの任意の画素における局所最小二乗近似平面を求め、該局所最小二乗近似平面と前記３次元像の基準水平面との傾き角度により求める
視神経乳頭部解析方法である。

請求項６記載の発明は、可視光線又は近赤外線により撮像した網膜部の任意の場所における画像を取り込み、その画像を構成する画素の画素データを生成し、生成された画素データから眼底部の形状を求め、その眼底部の形状を表示する眼底部解析方法であって、
前記画素データは、前記画像を構成する画素の画素位置及び輝度で生成し、
前記眼底部の形状は、前記画素データの画素位置と輝度で３次元像を形成し、前記画素データの任意の画素における局所最小二乗近似平面を求め、該局所最小二乗近似平面と前記３次元像の基準水平面との傾き角度により求める
眼底部解析方法である。

請求項８記載の発明は、網膜部の任意の場所において微分オペレータによる処理により眼底欠陥部形状を表すことを特徴とする網膜部解析方法である。

本発明によれば、視神経乳頭部や網膜などの眼底形状を詳細に且つ迅速に捉えることができることから単発で多量の眼底画像であっても、緑内障の罹患に伴う視神経乳頭陥凹部や網膜剥離に伴う黄斑部などの眼底欠陥部の検出と判定をより正確に且つ迅速に行うことを可能とするもので福祉厚生において顕著な効果を奏するものである。

本発明に係る眼底部診断装置は、図１に示すフローチャートのように進められる。
ここでは、視神経乳頭部の場合を用いて説明しているが、網膜部などの眼底欠陥部の場合においても同じ手段で行うものである。

先ず、視神経乳頭部を含む眼底の赤色光線により撮像された赤画像を取り込み、その画像から図２に示すような画像を構成する画素の位置座標ｇ（ｘ、ｙ）と輝度ｌ（Ｌ）から画素データＡ（ｘ、ｙ、Ｌ）を求めて記録する。この作業を画像全体に行う。
ここでは、視神経乳頭部の判断に赤画像を用いているが、赤画像や近赤外線画像は、生体への透過力が強く、青色光線や緑色光線による青画像や緑画像より深い体内部を撮像することから用いているが、対象によっては青画像や緑画像を使用しても良く、赤画像、青画像、緑画像を別個に解析し、その結果を組み合わせても良い。

次に、ｘｙｚ直交座標系において、ｚ軸を輝度とし、記録した画素データＡをこのｘｙｚ直交座標系に表示した赤画像の３次元像を生成する。この３次元像は位置座標と輝度により全てが表されるので、立体像表示プログラムなどを用いて種々の視点からの３次元像を表示することができ、眼疾患の罹患部位や状態を認知することが容易となる。なお、ここでは輝度を画素データの一部に用いているが、画素中の最大輝度Ｌ_ｍａｘで各画素の輝度Ｌを割った輝度比（Ｌ／Ｌ_ｍａｘ）を用いても良い。

次に、視神経乳頭陥凹部や網膜剥離での黄斑部の検出は、先に求めた画素データＡとその３次元像を用い、先ず画素データの任意の点Ａにおける局所最小二乗近似平面を求め、先の３次元像の基準水平面であるｘｙ平面との傾き角度θを算出する。

ここで、局所最小二乗近似平面は点Ａの近傍の画素の集合をΩとし、Ａ_ｉ∈Ω（ｉ＝１〜ｎ）について、式（１）を解いて求める。
ａｘ_ｉ＋ｂｙ_ｉ＋ｃｚ_ｉ＋ｄ＝０・・・（１）
ａ、ｂ、ｃ、ｄは係数である。

この局所最小二乗近似平面と先の３次元像におけるｘｙ平面との傾き角度θを、例えば，余弦関数式（２）により求める。
θ＝ｃｏｓ^−１｛±ｃ／（ａ^２＋ｂ^２＋ｃ^２）^１／２｝・・・（２）
この傾き角度θを従属変数にして対応する画素の位置座標との傾き角度等高線図を作成することにより局所平面勾配画像を表現する。

ここでは、視神経乳頭陥凹部や網膜剥離での黄斑部の検出に、局所最小二乗近似平面の傾き分布による局所平面勾配画像を利用しているが、画素データの任意の点における微分オペレータ処理による局所平面勾配画像などを用いても良い。なお、視神経乳頭陥凹部に敏感な青画像を赤画像若しくは近赤外線画像を組み合わせて、視神経乳頭部と視神経乳頭陥凹部の面積比と輝度比の関係および画素データの画素数と輝度の関係から得られる視神経乳頭部、視神経乳頭陥凹部の情報を先の局所平面勾配画像と合わせることにより、緑内障などの眼疾患をより正確な診断を支援する。

以下に、本発明を図３〜図８を用い詳細に説明する。
図３は、健常者の視神経乳頭部の赤画像で、図４は罹患者の場合の赤画像を示している。図５は、図３から本発明を用いて作成した健常者の視神経乳頭部の３次元像で、図６は罹患者のもので図４に対応している。図７は、画素位置と対応する傾き角度による健常者の局所平面勾配画像を等高線図として表現したもので、図８は罹患者のものである。

眼底検査で得た健常者の視神経乳頭部赤画像（図３）及び罹患者の視神経乳頭部赤画像（図４）を画像解析装置に取り込み、画素位置と輝度を測定して画素データを作成して記憶装置に記録した。記録した画素データをパーソナルコンピューター上の立体画像表示プログラムに読み込み、３次元像を生成した。その一例を図５及び図６に示す。図５は健常者の視神経乳頭部を示すもので、図６は罹患者の視神経乳頭部の様子を示している。罹患者は健常者に比較して輝度の大きい部分２で丸みがあり、輝度の小さい視神経乳頭辺縁部３付近では、分布面の傾きが大きいことが判る。又、両者を比較すると罹患者の場合、視神経乳頭陥凹部４が明瞭に表現されているのがわかる。

なお、本発明で用いた輝度は眼底検査時の撮影条件などにより変わるものであり、健常者と罹患者、罹患者同士、健常者同士などで、輝度の絶対値は変化するが、本発明は罹患による輝度を尺度に用いて視神経乳頭部の形状変化を捉え、罹患状態の有無、進行程度の判断を支援するもので、より相対的に判断を下すような場合には輝度比を用いても良い。

次に、任意の画素データＡにおける局所最小二乗近似平面を、ｎ＝１３として求め、ｘｙ平面との傾き角度θを求めて、対応した画素の位置座標（ｘ、ｙ）とθから、傾き角度等高線図を作成した。
図７は健常者の場合を示し、図８は罹患者の場合を示している。図７は先の図３、図５に対応し、図８は図４、図６に対応したものである。
図７、図８の黒塗り矢印で示される部分が図３、図４の最も輝度が高い部分に相当し、図５、図６の底面付近に対応する部分である。

図７、図８を比較すると、健常者を示す図７では黒塗り矢印の部分に低勾配領域の箇所が殆ど現れていないが、図８では低勾配領域が黒塗り矢印の箇所に大きな塊となって現れていることが判り、視神経乳頭陥凹部の存在が示唆されている。又、白抜き矢印で示される乳頭辺縁部に対応する円形状の部分は勾配が大きい部分であり、罹患者では広がっている様子が判る。また，上記の塊の位置や大きさ，辺縁部の太さや明瞭性からも診断支援可能であることが示された．

本発明の装置のフローチャートである。 画素データを示す説明図である。 健常者の視神経乳頭部の赤画像である。 罹患者の視神経乳頭部の赤画像である。 図３から本発明を用いて作成した健常者の視神経乳頭部の３次元像である。 図３から本発明を用いて作成した罹患者の視神経乳頭部の３次元像である。 画素位置と対応する傾き角度による健常者の局所平面勾配画像である。 画素位置と対応する傾き角度による罹患者の局所平面勾配画像である。

符号の説明

１ 眼底乳頭部赤画像
２ 輝度の大きい部分
３ 視神経乳頭辺縁部
４ 視神経乳頭陥凹部

Claims (6)

1. 可視光線又は近赤外線により撮像した眼底部の画像を取り込む手段と、
   その画像を構成する画素の画素データを生成する手段と、
   生成された画素データから局所平面勾配画像を生成する手段と、
   その局所平面勾配画像を表示する手段と
   を備え、
   前記画素データを生成する手段は、前記画像を構成する画素の画素位置及び輝度で構成される画素データを生成する手段であって、
   前記局所平面勾配画像を生成する手段は、前記画素データから画素位置と輝度で構成される３次元像を生成し、任意の画素における局所最小二乗近似平面を求めて前記３次元像の基準水平面との傾き角度により局所平面勾配画像を生成する手段
   であることを特徴とする眼底部診断装置。
2. 前記画素データが赤波長の可視光線により撮像された赤画像から生成されたことを特徴とする請求項１に記載の眼底部診断装置。
3. 前記眼底部が視神経乳頭部であることを特徴とする請求項１又は２に記載の眼底部診断装置。
4. 前記眼底部が網膜部であることを特徴とする請求項１又は２に記載の眼底部診断装置。
5. 可視光線又は近赤外線により撮像した視神経乳頭部の任意の場所における画像を取り込み、
   その画像を構成する画素の画素データを生成し、
   生成された画素データから視神経乳頭部形状を求め、
   その視神経乳頭部形状を表示する
   視神経乳頭部解析方法であって、
   前記画素データは、前記画像を構成する画素の画素位置及び輝度で生成し、
   前記視神経乳頭部形状は、前記画素データの画素位置と輝度で３次元像を形成し、前記画素データの任意の画素における局所最小二乗近似平面を求め、該局所最小二乗近似平面と前記３次元像の基準水平面との傾き角度により求める
   視神経乳頭部解析方法。
6. 可視光線又は近赤外線により撮像した網膜部の任意の場所における画像を取り込み、
   その画像を構成する画素の画素データを生成し、
   生成された画素データから眼底部の形状を求め、
   その眼底部の形状を表示する
   眼底部解析方法であって、
   前記画素データは、前記画像を構成する画素の画素位置及び輝度で生成し、
   前記眼底部の形状は、前記画素データの画素位置と輝度で３次元像を形成し、前記画素データの任意の画素における局所最小二乗近似平面を求め、該局所最小二乗近似平面と前記３次元像の基準水平面との傾き角度により求める
   眼底部解析方法。