JP4646027B2 - 網膜機能計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、眼底を撮影して網膜の機能を計測する装置に関する。

従来、網膜機能を非侵襲的に画像化する装置が知られている。この装置は網膜を照明する照明手段と、網膜の機能応答を誘導する刺激光を照射する網膜刺激照明手段とを有し、刺激光を網膜に照射する前後の網膜画像の状態に基づいて網膜機能を計測し、画像化して評価しようとするものである（特許文献１参照）。
特表２００２−５２１１１５号

上述したような網膜の機能を計測する装置は、刺激光を照射する前の網膜画像の明るさに対する照射後の網膜画像の明るさの変化を読み取るものであるが、刺激光に対する網膜の変化（刺激光による神経組織の活動変化）は微小であるため、その変化を精度よく検出することが重要である。また、網膜内には３種類の錐体（Ｓ錐体、Ｍ錐体、Ｌ錐体）があり、それぞれの錐体は特異的な感光色素を含んでいるとされ、各錐体の感度を各々計測して、網膜機能をより詳細に把握し、病診を行うことが求められている。
本発明は、上記問題点に鑑み、精度よく詳細な網膜機能の計測を行うことができる網膜機能計測装置を提供することを技術課題とする。

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） 照明光となるレーザ光を眼底の観察面に集光させるための光学部材と眼底に対して前記レーザ光を２次元的に走査する走査手段とを有する照明光照射光学系と、前記レーザ光と異なる波長の光束を発する光源を複数有し，該複数の光源からの前記光束を単独で，または合成して刺激光として前記眼底に照射するために前記刺激光を前記走査手段を介して網膜を構成する細胞に向けて照射し刺激するための刺激光照射光学系と、スイッチによる入力に基づいて前記照明光照射時の前記走査手段の走査に合わせて前記刺激光を眼底の所定領域に照射させるように前記光源から所定時間だけ出射させる制御手段と、前記眼底に前記照明光となるレーザ光が照射された状態にて前記刺激光の照射前及び照射後の前記眼底の反射光を共焦点光学系によって受光し眼底画像を得る眼底画像取得手段と、該眼底画像取得手段により得られた前記刺激光の照射前及び照射後の前記眼底画像を演算処理して網膜機能の変化情報を取得する演算処理手段と、該演算処理手段により得られた前記網膜機能の変化情報を表示する表示手段と、を備えることを特徴とする。
（２） （１）記載の網膜機能計測手段において、前記刺激光照射光学系にて照射される刺激光を前記照明光と合成して前記照明光照射光学系中の前記走査手段を介する光路に導く構成とするとともに、前記照明光と合成前の前記刺激光照射光学系の光路中に前記刺激光を透過／遮断するための規制部材を有し、前記走査手段の駆動に連動して前記規制部材の駆動を行うことにより、前記刺激光を所定のパターン形状として眼底に照射することを特徴とする。

本発明によれば、波長の異なる刺激光を各々選択して眼底に照射することができるため、より詳細な網膜機能の計測を行うことができる。

本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図１は本実施の形態の眼底撮影装置の光学系を示した図である。
１はレーザ光を発する光源であり、本実施形態では赤外域のレーザ光を発する半導体レーザを用いている。本実施形態で用いる光源１（半導体レーザ）は、被検者が認識することのできない780nm以上1000nm以下の波長の赤外光を発するものとしている。２は中央に開口部を有する穴開きミラー、３はレンズである。４及び５はミラーであり、図１に示す矢印方向に移動可能とされ、光路長を変化させることによりフォーカス合せ（視度補正）を行うことができる。６、８及び１０は凹面ミラーである。７はレーザ光を被検眼眼底にて水平方向に偏向させ走査するための走査手段となるポリゴンミラー、９はポリゴンミラー７による走査方向に対して直角方向にレーザ光を偏向させ走査するための走査手段となるガルバノミラーである。また、２３はダイクロイックミラーであり、光源１と穴開きミラーとの間に置かれている。ダイクロイックミラー２３は、可視域の波長のレーザ光を反射し、赤外域の波長のレーザ光を透過する特性を有している。なお、ダイクロイックミラー２３は、後述する刺激光と光源１から出射する赤外光とを光軸Ｌ１上にて同軸（合成）とするための光学部材であり、このような機能を有する合成用光学部材であればこれに限るものではない。例えば、このダイクロイックミラー２３に代えてハーフミラーであってもよい。

光源１から出射したレーザ光は、ダイクロイックミラー２３を透過した後、穴開きミラー２の開口部を通り、レンズ３を介した後、ミラー４、ミラー５、凹面ミラー６にて反射し、ポリゴンミラー７に向かう。ポリゴンミラー７にて反射された光束は、凹面ミラー８、ガルバノミラー９、凹面ミラー１０にて反射した後、被検眼眼底にて集光し、眼底を２次元的に（図示するＸＹ軸方向に）走査する。これらの光学部材によって照明光照射光学系を形成する。
１２はレンズであり、１３は光軸上にピンホールを有したピンホール板である。レンズ１２は被検眼眼底の観察点（撮影点）とピンホール板とを共役な位置に置く。１４は集光レンズ、１５は赤外域及び可視域に感度を持つ受光素子である。なお、本実施形態の受光素子１５には、ＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）を用いている。

被検眼眼底に走査されたレーザ光の反射光は、前述した照明光照射光学系を逆に辿り、穴開きミラー２にて反射し、下方に折り曲げられる。なお、被検眼の瞳位置と穴開きミラー２の開口部とは、レンズ３、凹面ミラー６，８，１０により共役となっている。穴開きミラー２にて反射した反射光は、レンズ１２を介してピンホール板１３のピンホールに焦点を結ぶ。ピンホールにて焦点を結んだ反射光は、集光レンズ１４を経て受光素子１５に受光される。これらの光学部材により撮影光学系を形成する。

また、図１に示す２０ａ〜２０ｃは、刺激光となる可視域の光を発する光源、２１ａ〜２１ｃはハーフミラー、２２は音響光学偏光素子（ＡＯＤ）、２３はダイクロイックミラーである。本実施形態では、光源２０ａは赤色（波長670nm程度）のレーザ光を発する半導体レーザ光源、光源２０ｂは緑色（波長530nm程度）のレーザ光を発する半導体レーザ光源、光源２０ｃは青色（波長470nm程度）のレーザ光を発する半導体レーザ光源を各々用いている。音響光学偏光素子２２は、光源２０ａ〜２０ｃとダイクロイックミラー２３と間に配置されて光源２０ａ〜２０ｃから出射される刺激光を通過／遮断するための規制部材の役目を有する。この音響光学偏光素子２２をポリゴンミラー７及びガルバノミラー９の駆動に連動（同期）して通過／遮断の動作をさせることにより、刺激光を所定のパターン形状、または照射領域を拡大縮小、或いは照射そのものを断続させて眼底に照射することができる。

光源２０ａを出射した光束（赤色光）は、ハーフミラーにより反射した後、さらにダイクロイックミラー２３にて反射し、照明光照射光学系の光路に導かれる。照明光照射光学系の光路に導かれた光束は、前述した照明用の赤外のレーザ光と同様な経路を経て、被検眼眼底に照射される。また、光源２０ｂを出射した光束（緑色光）は、ハーフミラー２１ｂにて反射した後、ハーフミラー２１ａを透過し、ダイクロイックミラー２３にて照明光照射光学系の光路に導かれる。また、光源２０ｃを出射した光束（青色光）は、ハーフミラー２１ｃにて反射した後、ハーフミラー２１ｂ、ハーフミラー２１ａを透過し、ダイクロイックミラー２３にて照明光照射光学系の光路に導かれる。このような光学部材にて刺激光照射光学系が形成される。なお、照明光照射光学系の光路に導かれた刺激光は、被検眼Ｅの瞳付近に一旦集光し、被検眼Ｅの眼底に照射され網膜を構成する細胞を刺激する。

図２は本実施形態における網膜機能計測装置の制御系を示したブロック図である。３０は装置全体の制御を行う制御部である。制御部３０には光源１、ポリゴンミラー７、ガルバノミラー９、受光素子１５、光源２０ａ〜２０ｃ、ミラー４，５を駆動させるための駆動手段３１、コントロール部３２、受光素子１５にて受光した信号を基に被検眼眼底の画像形成や網膜機能を画像化するための画像処理部３３等が接続される。３４はモニタであり、画像処理部３３にて形成した眼底画像が表示される。３５は種々の情報を記憶しておくための記憶部である。

図３はコントロール部３２の詳細を説明する図である。４０は視度補正のために被検眼の屈折力を入力するスイッチが用意された屈折力入力部、４１は出射させる刺激光を選択するスイッチが用意された刺激光選択部、４２は選択された刺激光を眼底における２次元的な走査によって所定の形状（例えば円形やリング形状、文字形状等）に形成するためのスイッチが用意される形状選択部、４３は眼底における２次元的な走査範囲において、その照射領域の拡大縮小を行うためのスイッチが用意される照射領域設定部、４４は眼底を撮影するための撮影スイッチ、４５は刺激光照射前と照射後における網膜の状態変化を解析するための解析用のスイッチである。４６は刺激光の光強度、照射時間等の照射条件を設定する照射条件設定部である。なお、刺激光選択部４１では、赤色、緑色、青色のレーザ光（刺激光）の出射を各々個別にて行うための選択はもちろんのこと、他の色（白色や黄色等）からなる刺激光を選択することができる。赤色、緑色、青色以外の色の刺激光は、光の三原色合成の原理に基づいて光源２０ａ〜２０ｃから刺激光を各々出射させて合成させることにより形成する。例えば、白色の刺激光を照射したい場合には、光源２０ａ〜２０ｃから同時に赤色、緑色、青色のレーザ光を出射させ、合成させる。また、コントロール部３２を用いて選択・設定した諸条件は、逐次モニタ３４に表示される。

以上のような構成を有する眼底撮影装置において、その動作について説明する。
検者は予め被検眼の屈折力を眼屈折力測定装置等にて測定しておき、得られた被検眼の屈折力値をコントロール部３２の屈折力入力部４０を用いて入力する。制御部３０は入力された屈折力データを記憶部３５に記憶させるとともに、駆動手段３１を用いてミラー４，５を駆動させて視度補正を行う。視度補正が行われた状態にて、検者は図示なきジョイスティック等を用いて装置を駆動させ、被検眼の眼底にレーザ光が照射され所望する画像がモニタ２４に表示されるように、アライメントを行う。
また、検者はコントロール部３２の刺激光選択部４１、形状選択部４２、照射領域設定部４３、照射条件設定部４６等を用いて、刺激光の諸条件を設定する。なお、ここでは眼底に照射する刺激光の色を青色とし、照射領域及び照射形状は照明光と同じとした。

制御部３０は照明光として光源１から赤外のレーザ光を出射させる。光源１から出射したレーザ光は、図１に示すように、穴開きミラー２の開口部を通過した後、レンズ３を透過し、ミラー４，５、凹面ミラー６にて反射してポリゴンミラー７に向かう。ポリゴンミラー７は一定の速度で回転しており、レーザー光はポリゴンミラー７にて反射され、水平方向に走査される。ポリゴンミラー７にて走査されたレーザ光は、凹面ミラー８にて反射した後、ガルバノミラー９の駆動により、さらに垂直方向（上から下）に走査される。ガルバノミラー９にて反射した赤外のレーザ光は、凹面ミラー１０にて反射し、被検眼Ｅの眼底に集光するとともに眼底上を２次元的に走査して被検眼Ｅの所定範囲の眼底を照明する。
眼底に集光したレーザ光の反射光は、凹面ミラー１０から穴開きミラー２までを逆に辿り、穴開きミラー２にて下方に折り曲げられる。穴開きミラー２にて下方に折り曲げられた反射光束は、レンズ１２を介してピンホール板１３のピンホールに集光する。ピンホールにて集光した反射光は、レンズ１４を介して受光部１５にて受光される。

画像処理部３３は、眼底からの反射光によって得られる受光部１５からの受光信号を画像データとして逐次並べ、モニタ３４の表示領域における最上部から横方向に一列に表示していく。ポリゴンミラー７の反射面の１面分の回転移動によって、モニタ３４における一列分の画像が得られることとなる。なお、ガルバノミラー９は一定速度にてレーザ光を上から下に向けて走査するように駆動しているため、モニタ３４に表示する画像データは実際には多少傾いた一列分の画像となる。

ポリゴンミラー７がさらに回転し、レーザ光が次の反射面にて反射すると、前述同様に制御部３０は、次の反射面におけるレーザ光の反射光の受光信号を画像処理部３３に送る。画像処理部３３は、取得した一列分の画像データを、先に表示した一列分の画像データの一段下の行に並べて表示する。制御部３０及び画像処理部３３は、このような処理を順次行うことにより、２次元的に走査した被検眼眼底の撮影範囲を一枚の画像としてモニタ３４に逐次表示していく。

網膜機能を計測する場合には、所望する位置の眼底像がモニタ３４に表示された状態にて、図３に示すコントロール部３２の撮影スイッチ４４を押す。撮影ボタン４４が押されると、制御部３０は刺激光発光前の眼底像を基準眼底画像として記憶部３５に記憶させるとともに、光源２０ｃを用いて被検眼Ｅの眼底に向けて刺激光となる青色のレーザ光を設定した光強度、照射時間にて照射を行う。被検眼Ｅの眼底に刺激光が照射されることより、網膜を構成する細胞が刺激され、これに基づく神経細胞の活動が起こる。なお、青色レーザ光による刺激は、網膜における短波長錐体（Ｓ錐体）を特に刺激する。

また、赤外のレーザ光（照明光）は、刺激光の照射前後に関係なく連続的に被検眼Ｅの眼底の所定領域を照明し続けている。制御部３０は、さらに刺激光の照射後の眼底画像を撮影して記憶部３５に記憶させる。刺激光照射後に撮影する眼底画像は１枚だけでなく、網膜機能の変化が判るように、刺激光照射後、所定の間隔（例えば照射１秒後、２秒後…）にて経時的に眼底画像を撮影、記憶させてもよい。なお、本実施形態では、刺激光照射前の眼底画像取得から刺激光照射後の眼底画像取得まで、自動的に行われるものとしているが、これに限るものではなく、個々の動作を手動にて行うようにすることもできる。
所定の眼底画像を記憶部３５に記憶した後、コントロール部３２の図示なき解析スイッチ４５を押す。解析スイッチ４５が押されると、画像処理部３３は、記憶部３５に記憶された刺激光照射前の眼底画像と照射後の眼底画像とに基づいて、その輝度の差から網膜機能を計測し、その結果をモニタ３４に表示する。

被検眼Ｅの眼底に網膜を刺激する刺激光が照射され、網膜を構成する細胞（錐体）が刺激を受けると、この刺激に伴って神経細胞の活動に変化が起こり、この神経活動が起こった部位の反射光の強度（反射率）が変化する。このため、刺激光照射前後における眼底画像の明るさの変化を読み取ることにより、この神経細胞の活動の変化に起因する内因性の信号変化が得られることとなり、これによって網膜機能を計測できる。

画像処理部３３は、網膜機能を計測するにあたって始めに記憶部３５に記憶させた刺激光照射前の眼底画像（基準眼底画像）と照射後の眼底画像との位置合せを行う。位置合せは、照射前の眼底画像（基準眼底画像）及び照射後の眼底画像から画像処理により特徴点（例えば、血管形状、乳頭、黄斑部等）を抽出し、両画像を相対的に移動、拡大、縮小等行うようにして両画像の特徴点が最も一致する位置を演算処理により求める。なお、位置合せの方法はこれに限るものではなく、周知の画像処理技術を用いてもよい。

このような照射前と照射後の眼底画像の位置合わせ後、演算処理部３３は照射前の眼底画像の明るさに対する照射後の眼底画像の明るさの変化を各画素毎に求める。明るさの変化は差分や比等求めることによって得られる。画像処理部３３は、得られた明るさの変化情報を各画素に対応させてモニタ３４に表示する。明るさの変化情報としては、濃淡の画像として表示する方法や、差分や比の数値情報、この数値情報を網膜機能を評価するための所定の解析プログラムにより演算処理した情報等によってグラフィックや数値情報として表すことができる。

なお、本実施形態の網膜機能計測装置は、図１に示すように、眼底の観察面とピンホール板１３のピンホールとを共焦点とする光学系を形成しているため、被検眼眼底の観察面の限られた領域のみの光がピンホールを通過して受光部１５に受光される。したがって、得られる眼底画像はノイズ光が極力抑えられているため、刺激光前後での内因性信号の変化による微小な眼底反射光の明るさの違いを検出することができる。

また、緑色に感度を持つ中波長錐体（Ｍ錐体）や、赤色に感度を持つ長波長錐体（Ｌ錐体）を刺激したい場合には、刺激光選択４１により適宜選択すればよい。さらに、短波長錐体（Ｓ錐体）だけでなく、緑色に感度を持つ中波長錐体（Ｍ錐体）や、赤色に感度を持つ長波長錐体（Ｌ錐体）も同時に刺激したい場合には、刺激光選択部４１により白色光を選択しておけばよい。刺激光選択部４１により白色光が選択されている場合には、制御部３０は光源２０ａ〜２０ｃから赤色、緑色、青色の刺激光を同時に出射させ、ＲＧＢの合成によって白色の刺激光を形成し、この白色の刺激光により網膜を構成する細胞を刺激する。
このように、本実施形態によれば、短波長、中波長、長波長の光に対して個々に感度を有する細胞を個別または同時に刺激を与えることができるため、網膜機能をより詳細に計測することが可能となる。

また、さらに詳細に網膜機能の計測を行うために、照射領域を限定、或いは所定の照射形状を設定して刺激光を網膜に照射することもできる。この場合には図３に示すコントロール部３２の形状選択部４２、照射領域設定部４３を用いて照射領域、網膜上における照射形状を設定する。制御部３０は設定された照射領域、照射形状が得られるように、ポリゴンミラー７及びガルバノミラー９の駆動に連動（同期）させて音響光学偏光素子２２をオン／オフし、刺激光を透過／遮断させる。このような制御により、ポリゴンミラー７及びガルバノミラー９による眼底上における刺激光の２次元的な走査範囲において、刺激光を部分的に照射させない（所定箇所のみ照射させる）ことができる。なお、本実施形態では、図１に示すように音響光学偏光素子２２を一つだけ用いて光源２０ａ〜２０ｃから出射されるレーザ光の透過／遮断を行うものとしているが、これに限るものではなく、音響光学偏光素子を各光源用に各々用意し、個別に制御することもできる。
なお、本実施形態では照明光を眼底にて２次元的に走査する走査手段を用いて刺激光を２次元的に走査するものとしているが、これに限るものではなく、刺激光を眼底にて２次元的に走査させるための走査手段を別途設けることもできる。

本実施形態における光学系を示した図である。 本実施形態における制御系を示したブロック図である。 本実施形態におけるコントロール部の詳細を示した図である。

符号の説明

１ 光源
２ 穴開きミラー
７ ポリゴンミラー
９ ガルバノミラー
１０ 凹面ミラー
１３ ピンホール板
１５ 受光部
２０ａ〜２０ｃ 光源
３０ 制御部
３２ コントロール部
３３ 画像処理部
３４ モニタ

Claims (2)

1. 照明光となるレーザ光を眼底の観察面に集光させるための光学部材と眼底に対して前記レーザ光を２次元的に走査する走査手段とを有する照明光照射光学系と、前記レーザ光と異なる波長の光束を発する光源を複数有し，該複数の光源からの前記光束を単独で，または合成して刺激光として前記眼底に照射するために前記刺激光を前記走査手段を介して網膜を構成する細胞に向けて照射し刺激するための刺激光照射光学系と、スイッチによる入力に基づいて前記照明光照射時の前記走査手段の走査に合わせて前記刺激光を眼底の所定領域に照射させるように前記光源から所定時間だけ出射させる制御手段と、前記眼底に前記照明光となるレーザ光が照射された状態にて前記刺激光の照射前及び照射後の前記眼底の反射光を共焦点光学系によって受光し眼底画像を得る眼底画像取得手段と、該眼底画像取得手段により得られた前記刺激光の照射前及び照射後の前記眼底画像を演算処理して網膜機能の変化情報を取得する演算処理手段と、該演算処理手段により得られた前記網膜機能の変化情報を表示する表示手段と、を備えることを特徴とする網膜機能計測装置。
2. 請求項１記載の網膜機能計測手段において、前記刺激光照射光学系にて照射される刺激光を前記照明光と合成して前記照明光照射光学系中の前記走査手段を介する光路に導く構成とするとともに、前記照明光と合成前の前記刺激光照射光学系の光路中に前記刺激光を透過／遮断するための規制部材を有し、前記走査手段の駆動に連動して前記規制部材の駆動を行うことにより、前記刺激光を所定のパターン形状として眼底に照射することを特徴とする網膜機能計測手段。