JP4732143B2

JP4732143B2 - 眼科撮影装置

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Publication number: JP4732143B2
Application number: JP2005333627A
Authority: JP
Inventors: 康浩土橋
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2005-11-18
Filing date: 2005-11-18
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2025-11-18
Also published as: JP2007135868A; US7556379B2; US20070115430A1

Description

本発明は、蛍光撮影が可能な眼科撮影装置に関するものである。

従来から、ＣＣＤに代表される撮像素子により被検眼像を撮像して映像信号に変換し、被検眼の観察・撮影を行う装置が知られている。特に、眼底カメラで赤外蛍光撮影を行う際には光学ファインダでは観察できないため、撮像素子を用いて位置合わせ、ピント合わせを行っている。

一般に、蛍光撮影の造影時期の分類として、（１）造影初期：脈絡膜造影開始より脈絡膜静脈が造影されるまで、（２）造影中期：脈絡膜静脈から蛍光剤が消失するまで、（３）造影後期：びまん性の脈絡膜背景蛍光が見られる時期に分けられる。造影初期では、蛍光剤を被検者の静脈に注射、所謂静注された蛍光剤が血液循環により、先ず眼底の太い血管内に到達し、中期、後期になるに従って時間と共に細い血管内に徐々に浸透してゆく。

このため、蛍光造影初期に血管内に存在する蛍光剤の濃度は、蛍光撮影後期に血管内に存在する蛍光剤の濃度よりも高くなる。従って、赤外蛍光撮影を行う際に、蛍光剤の循環具合によって造影初期の被検眼は、中期、後期の被検眼に比べ非常に明るく、その明るさの変化量も大きい。そのため、蛍光輝度のダイナミックレンジが撮像素子のダイナミックレンジに対して非常に大きくなり、蛍光輝度が低いときと高いときの両方で、良好な画質を得るための撮影光量及び撮像素子の増幅率等を一意的に決定することは極めて困難である。

この問題を解決するために、（ａ）被検眼の観察時に、蛍光輝度が変化しても常に一定の映像信号を得ることが可能なオートゲインコントロール、所謂ＡＧＣを用いる手法が提案されている。この手法では、蛍光観察の際に撮像素子の増幅率を自律的に変化させることで、被検眼の明るさ、観察光量が変化しても被検眼像からの映像信号の出力の平均値が常に一定になるように制御している。一方、静止画撮影の際には、撮影用光源の発光時間は数ｍｓと短く、ＡＧＣを動作させても追従できない。そこで、増幅率制御方式をＡＧＣ方式から固定ゲイン方式に変更し、撮影前の撮像素子の増幅率、観察光量値及び被検眼の明るさから、撮影光量を適正露出になるように調光し、被検眼の撮影像が常に最適になるように制御を行っている。

また、（ｂ）蛍光撮影開始後に眼底の蛍光輝度が時間と共に減少しても、撮影光量を適正露光量に簡易に調整できることを目的として、蛍光剤を静注した後の経過時間を検知するタイマを持つ装置及び撮影手法が特許文献１に提案されている。特許文献１では、そのタイマからの経過時間信号を受けて、静注後からの経過時間に伴って撮影発光量を増加してゆく撮影手法を提案している。

特開平２−１２４１３７号公報

上記（ａ）の従来例においては、蛍光撮影時に撮影直前の観察時におけるＡＧＣの増幅率の読み出し、撮影に最適な増幅率及び発光量の算出、露出値設定の３動作を瞬時に行う必要がある。そのため、撮影開始から撮影終了するまでの期間に眼科撮影装置が行う作業量が多く、複雑なシステムが必要となってしまうことが考えられる。

（ｂ）の従来例においては、眼底における撮影経過時間と蛍光輝度値の関係は、年齢・性別・体重・身長・疾患などの被検者による個人差、或いは静注する蛍光剤の量、静注する速度などの検者による撮影手段の差などにより、大きく異なる。そのためこの手法のように、静注してからの経時時間のみのパラメータで撮影光量を増加させる手法では、造影初期段階におけるハレーションや後期のコントラストの不足が避けられず、撮影に支障をきたすことが考えられる。

本発明の目的は、撮影光量や撮像素子の増幅率を決定することができる眼科撮影装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る眼科撮影装置の技術的特徴は、第１の光源と、該第１の光源からの光で被検眼の眼底を照明するための第１の光学系と、該第１の光学系を介して照明した被検眼の眼底像を撮像する第１の撮像手段と、被検眼の眼底における蛍光材が蛍光発光する光の輝度値を得る手段と、前記輝度値の時間に対する変化量を算出する算出手段と、被検眼の眼底における前記輝度値及び前記変化量に基づいて前記第１の光源の光量、前記第１の撮影手段の増幅率の少なくとも何れか一方の制御を行う制御手段とを有することにある。

本発明に係る眼科撮影装置によれば、眼底における輝度値の変化量を得ることで、蛍光撮影に適した撮影光量や撮像素子の増幅率を決定することができる。

本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
図１は眼底カメラの構成図を示し、観察用光源１から被検眼Ｅに対向する対物レンズ２に至る光路上には、コンデンサレンズ３、撮影用光源４、ミラー５が配列されている。更に、ミラー５の反射方向には、リング状の開口を有する絞り６、挿脱自在に配置された赤外蛍光エキサイタフィルタ７、リレーレンズ８、孔あきミラー９が順次に配列され、眼底照明光学系が構成されている。

孔あきミラー９の後方の光路上には、合焦レンズ１０、撮影レンズ１１、挿脱自在に配置され眼底での反射光を遮断し励起光のみを透過する赤外蛍光バリアフィルタ１２、撮像素子１３が順次に配列され、眼底観察・撮影光学系が構成されている。

撮像素子１３の出力は、蓄積電荷読取部１４、増幅部１５、画像信号処理部１６を介してシステム制御部１７に順次に接続されている。増幅部１５には増幅率制御部１８の出力が接続され、増幅率制御部１８で設定された増幅率により映像信号を増幅する。画像信号処理部１６の出力は画像表示部１９に接続され、被検眼Ｅの眼底の観察、撮影画像が表示される。

システム制御部１７には眼底輝度検出手段１７ａ、輝度変化算出手段１７ｂ、最適露出決定手段１７ｃが内蔵されている。またシステム制御部１７には、増幅率制御部１８、撮影スイッチ２０、時間計測手段２１、撮影用光源制御部２２、メモリ２３、観察光量制御部２４が接続されている。また、撮影用光源制御部２２の出力は撮影用光源４に接続されている。

観察光量制御部２４には、ボリューム又はタクトスイッチなどで構成された観察光量入力部２５の出力が接続されている。この観察光量入力部２５からの入力は、例えば１〜９まで段階的に変化し、図示しない観察光量表示部により検者に表示される。また、観察光量制御部２４の出力は撮像素子１３の増幅率の制御を行う増幅率制御部１８と、観察用光源１の光量制御を行う観察用光源制御部２６に接続されている。

観察用光源１を出射した光束は、コンデンサレンズ３、撮影用光源４を通り、ミラー５で反射される。ミラー５での反射光は、絞り６、赤外蛍光エキサイタフィルタ７、リレーレンズ８を通り、孔あきミラー９の周辺で反射し、対物レンズ２、被検眼Ｅの瞳孔Ｅｐを通り眼底Ｅｒを照明する。照明された眼底像は、被検眼Ｅの瞳孔Ｅｐ、対物レンズ２、孔あきミラー９の孔を通り、合焦レンズ１０、撮影レンズ１１、赤外蛍光バリアフィルタ１２を通過し、撮像素子１３上に結像する。

撮像素子１３は光電変換後の蓄積電荷を保持し、蓄積電荷読取部１４は撮像素子１３の蓄積電荷の読み取り及び保持された電荷のクリアを連続的に行いながら、読み取った信号を増幅部１５を介して画像信号処理部１６に出力する。なお、この撮像素子１３は最低限、蛍光造影初期の観察・撮影を行うための感度を持っている。画像信号処理部１６は画像表示部１９に出力可能な処理を行い、そのときの観察画像が画像表示部１９に映出される。

観察光量入力部２５により設定された値は、観察光量制御部２４に入力され、観察光量制御部２４は例えば表１に従って、増幅率制御部１８の増幅率を調整し、観察用光源制御部２６に対し観察用光源１に印加する電圧を制御する。

表１
観察光量入力部２５観察用光源１に印加増幅率制御部１８の
の設定値する電圧値増幅率
１０Ｖ０ｄＢ
２３Ｖ０ｄＢ
３６Ｖ０ｄＢ
４９Ｖ０ｄＢ
５１２Ｖ０ｄＢ
６１２Ｖ３ｄＢ
７１２Ｖ６ｄＢ
８１２Ｖ９ｄＢ
９１２Ｖ１２ｄＢ

即ち、例えば観察光量入力部２５の設定目盛りが３であるときには、観察用光源１に印加する電圧は６Ｖであり、増幅率制御部１８の増幅率は０ｄＢである。また、観察光量入力部２５の設定が５の場合には、観察用光源１に印加する電圧は１２Ｖであり、増幅率は０ｄＢである。更に、観察光量入力部２５の設定が７である場合には、観察用光源１に印加する電圧は１２Ｖのままであり、増幅率は６ｄＢである。設定が９の場合には、観察用光源１に印加する電圧は１２Ｖのままであり、増幅率は１２ｄＢである。

このように、観察光量入力部２５を調整し、被検眼Ｅの眼底Ｅｒを適当な明るさで観察しながら、図示しない操作手段を用いて被検眼Ｅとの位置合わせ及び合焦レンズ１０を動かしてピント合わせ及び撮影範囲の確認を行う。

また本実施例では、観察光量制御部２４はよりノイズの少ない高精細な画像を検者に表示するために、観察光量入力部２５の設定値の増加に伴い、初めに観察用光源１の値を増加させた後に、撮像素子１３の増幅率を増加させる制御を行っている。

図２はシステム制御部１７による赤外蛍光撮影時の動作フローチャート図である。検者はステップＳ１で赤外撮影用の蛍光剤を体内に静注した時点から、眼底Ｅｒにおける蛍光像の動画観察を開始する。蛍光剤の静注直後は蛍光剤が眼底Ｅｒに到達していないため、赤外蛍光バリアフィルタ１２を通過する光はなく、画像表示部１９には何も表示されていない。そのため、眼底Ｅｒに蛍光剤が循環するまでは、観察光量入力部２５で最大の９に設定しておき、眼底Ｅｒにおいて蛍光が励起されるに伴い、画像表示部１９において適当な明るさになるように観察光量入力部２５による調整を行い動画像の観察を行う。

ここで、撮像素子１３による動画像の表示は、実際には決まった時間間隔で表示される静止画の連続表示であり、一般的に１５〜３０フレーム／秒の間隔で表示の切換えが行われている。ただし、本実施例における撮影用光源４を用いた静止画撮影と区別する意味で、以後は単に動画像として説明する。

ステップＳ２で、輝度検出手段１７ａは画像信号処理部１６から得られた眼底蛍光像及び観察光量制御部２４の情報から、毎フレーム又は適当なフレームおきに蛍光輝度値の検出を行う。ステップＳ３では、輝度検出手段１７ａにより蛍光輝度値の検出が行われたときの時間を、時間計測手段２１から読み出しを行う。

ステップＳ４において、システム制御部１７はステップＳ２で得られた蛍光輝度値に、ステップＳ３で得られた時間情報を付加した形でメモリ２３に保存する。ステップＳ５では、輝度変化算出手段１７ｂはメモリ２３に蓄積された蛍光輝度値と時間情報から、単位時間当りの蛍光輝度値の変化量の算出を行う。

ステップＳ６で、検者は画像表示部１９の映像を見ながらアライメントを行い、アライメントが合ったところで撮影スイッチ２０を押す。システム制御部１７は検者により撮影スイッチ２０が押されるまで、ステップＳ２〜ステップＳ５を繰り返し行う。

ここで、本実施例の最も特徴的な制御方法は、システム負荷の軽い動画像の観察中に、撮影スイッチ２０が押される前の眼底輝度情報から、撮影スイッチ２０が押されたときの蛍光輝度値を予測し算出し続けることにある。

図３は表示部１９に表示される眼底Ｅｒの明るさがほぼ一定になるように、観察光量入力部２５を調整したときの撮像素子１３の増幅率、観察用光源１に与える制御値及び眼底Ｅｒにおける蛍光輝度値を表している。ここで、輝度検出手段１７ａはシステム内部に観察光量入力部２５を入力とし、眼底Ｅｒにおける蛍光輝度値を出力とした相対テーブルを備えている。

撮像素子１３の増幅率及び観察用光源１に与える電圧値により、図３に示すように蛍光輝度値を一意的に決定することができる。例えば、増幅率が９ｄＢ、観察用光源１に印加する電圧が１２Ｖで眼底輝度値はβとなり、更に増幅率が０ｄＢ、観察用光源１に印加する電圧が３Ｖで眼底輝度値はαとなる。

また、眼底Ｅｒにおける蛍光輝度値の特性として、蛍光剤の静注直後から造影初期にかけては、眼底Ｅｒの蛍光濃度が上がるにつれ蛍光輝度値も急速に増加する。そして、或るピークを越えた後に、造影後期になると蛍光濃度が下がるに従い、蛍光輝度値も比較的緩やかに減少する。そのため、同じ増幅率、観察光量において決定された眼底輝度値α、βは、蛍光濃度の増加時α１、β１と、減少時α２、β２のそれぞれ２つ場合が考えられる。しかし、メモリ２３に蓄積された直前の輝度値を考慮すると、眼底輝度値α、βはそれぞれ一意的に決定することができる。

例えば、眼底Ｅｒの蛍光輝度値αは同じ増幅率、観察光量からα１、α２の可能性が考えられる。しかし、直前の蛍光輝度値α^-との関係がα＞α^-であることから、蛍光輝度値αは増加時の蛍光輝度値α１であることが一意的に決まる。更に蛍光輝度値βに関しても、β＜β^-であることより、減少時の蛍光輝度値β２であることが決定される。

図４は一次の平均変化率より輝度変化量の算出方法を示している。いま、眼底輝度検出手段１７ａにより得られた眼底Ｅｒにおける蛍光輝度値がｙ１であり、そのときの輝度検出時間がｔ１であったとする。更に、輝度値ｙ２のときの時間がｔ２であったとき、平均変化率γはγ＝（ｙ２−ｙ１）／（ｔ２−ｔ１）で表される。

そこで、ｔ２のΔｔ秒後のｔ３で、撮影スイッチ２０が押されたとすると、そのときの眼底輝度値ｙ３は、Δｔが十分小さいとき、ｙ３＝ｙ２＋Δｙ＝ｙ２＋γ×Δｔとして算出することができる。

図３では輝度検出手段により輝度値α、βが一意に決まっている。従って、α^-とβ^-から求めたそれぞれの平均変化率をγα、γβとすると、Δｔα及びΔｔβ秒後の輝度値α⁺及びβ⁺は、輝度変化算出手段１７ｂからそれぞれ、α⁺＝α＋γα×Δｔα、β⁺＝β＋γβ×Δｔβとなる。これにより、撮影スイッチ２０が押されたときの眼底Ｅｒにおける蛍光輝度値は、輝度変化算出手段１７ｂ及び時間計測手段２１から算出することが可能となる。

図２のステップＳ２〜Ｓ５のサイクルで得られた蛍光輝度値の算出結果と、検者が撮影スイッチ２０を押したときの時間を時間計測手段２１で読み出すことで、ステップＳ６で撮影スイッチ２０を押した瞬間の蛍光輝度値が容易に求まる。

図５はステップＳ７において、最適露出決定手段１７ｃが決定する眼底Ｅｒの蛍光輝度値から、撮影用光源４の発光量及び撮像素子１３の増幅率を求める方法の一例を示している。本実施例では、よりノイズの少ない高精細な撮影画像を検者に提供することを目的としている。従って、動画観察時に観察光量制御部２４が行った制御と同様に、静止画像を得るための撮像素子１３の増幅率と撮影用光源４の光量設定では、撮影光量の設定値での調光を優先する。これにより、撮影光量のみの調整では制御不可能な眼底輝度において、併せて増幅率の制御を行っている。

即ち、眼底Ｅｒの蛍光輝度値が高くなり始めると、初めに増幅率の制御値を下げ、最低値まで下がり切った後に、撮影用光源４の照明光量を下げる。逆に、輝度が低くなってきた場合とは、初めに撮影用光源４の照明光量を上げ、上がり切った後に増幅率の制御値を上げる制御を行う。ここで、撮像素子１３の増幅率の制御幅は０ｄＢ〜８ｄＢまで変更可能とし、撮影用光源４の出力はＩＳＯ２００相当〜ＩＳＯ１２．５相当まで変更可能とする。

図５に示すように、最適露出決定手段１７ｃは蛍光輝度値が得られると、蛍光輝度値から最適な増幅率と撮影光量を上述の制御方法に基づいて一意的に決定する。例えば、輝度値がεのときの撮影光量と増幅率は、それぞれＩＳＯ５０相当と０ｄＢと求まり、輝度値がψのときの撮影光量と増幅率制御値は、それぞれＩＳＯ１２．５相当とゲイン２ｄＢと求まる。

図２のステップＳ８で、システム制御部１７は増幅率制御部１８にステップＳ７により得られた増幅率を設定する。また、ステップＳ９で撮影用光源制御部２２にステップＳ７により得られた撮影光量を設定し、更にステップＳ１０で撮影用光源制御部２２に発光指令を行い静止画撮影を行う。

一通りの撮影動作が終了した後に、増幅率制御部１８の増幅率を静止画撮影直前の値に設定し直し、撮影作業を終了する。撮影作業が終了した後は、ステップＳ２に戻り動画観察を行う。

なお実施例では、適正な露出を得るためにステップＳ８とＳ９で、増幅率と撮影光量の２つの値を設定したが、何れか一方だけの設定でもよい。また、実施例では撮影を終了した後に、撮影された画像の記録を実行しなかったが、画像の記録を行ってもよい。即ち、読み取られた映像信号を増幅部１５において増幅し、画像信号処理部１６を介して図示しないＡ／Ｄコンバータによりデジタル信号に変換し、システム制御部１７に入力する。そして、変換されたデジタル映像信号はステップＳ１０の後に、システム制御部１７に接続された図示しない画像記録部に記録する。

ここで、画像記録部はハードディスク、ＭＯ、Ｚｉｐ、Ｊａｚｚ、ＣＤ−Ｒ／ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ／ＲＷ、半導体メモリ等の記録媒体を用いることができる。

更に実施例では、図２のステップＳ５で２点の動画像情報から平均変化率を求めて、次回撮影時における蛍光輝度値を求めたが、複数の動画像情報から指数近似、多項式近似を用いて次回撮影時の蛍光輝度値を求めてもよい。

実施例では、動画像から輝度検出と輝度変化量を求め、次回の撮影時の蛍光輝度値を算出したが、撮影間隔が十分に短い場合においては、連続する静止画像から輝度検出を行い、輝度変化量を求めて次回撮影時の眼底輝度値を算出することもできる。
本実施例によれば、眼底における蛍光輝度の変化量を算出し、撮影時における眼底輝度値を常に予測しておくことで、蛍光撮影を行う際に適正な撮影光量や撮像素子の増幅率を一意的に決定することができ、失敗のない静止画像が得られる。

また、装置への負荷の軽い蛍光観察中に、蛍光輝度の変化量を算出することができるため、撮影の瞬間に装置にかかる負荷を分散することが可能であり、高価な装置を用いず、安価な装置において安定して撮影を行うことができる。

実施例１の構成図である。動作フローチャート図である。蛍光剤静注後の経過時間における動画観察時の撮像素子の増幅率と観察光量及び蛍光による眼底輝度値の説明図である。輝度変化算出手段による平均変化率算出用のグラフ図である。最適露出決定手段による蛍光による眼底輝度値から静止画撮影時の撮像素子の増幅率と撮影光量を決定するための説明図である。

符号の説明

１観察用光源
２対物レンズ
４撮影用光源
７赤外蛍光エキサイタフィルタ
９孔あきミラー
１０合焦レンズ
１１撮影レンズ
１２赤外蛍光バリアフィルタ
１３撮像素子
１４蓄積電荷読取部
１５増幅部
１６画像信号処理部
１７システム制御部
１７ａ眼底輝度検出手段
１７ｂ輝度変化算出手段
１７ｃ最適露出決定手段
１８増幅率制御部
１９画像表示部
２０撮影スイッチ
２１時間計測手段
２２撮影用光源制御部
２３メモリ
２４観察光量制御部
２５観察光量入力部
２６観察用光源制御部

Claims

第１の光源と、該第１の光源からの光で被検眼の眼底を照明するための第１の光学系と、該第１の光学系を介して照明した被検眼の眼底像を撮像する第１の撮像手段と、被検眼の眼底における蛍光材が蛍光発光する光の輝度値を得る手段と、前記輝度値の時間に対する変化量を算出する算出手段と、被検眼の眼底における前記輝度値及び前記変化量に基づいて前記第１の光源の光量、前記第１の撮影手段の増幅率の少なくとも何れか一方の制御を行う制御手段とを有することを特徴とする眼科撮影装置。
第２の光源と、該第２の光源からの光により被検眼の眼底を照明するための第２の光学系と、該第２の光学系を介して照明した被検眼の眼底像を撮像する第２の撮像手段とを備え、前記輝度値を得る手段は、前記第２の撮像手段からの映像信号及び前記第２の光源の発する光の光量に応じた値から被検眼の眼底における前記輝度値を得ることを特徴とする請求項１に記載の眼科撮影装置。
前記第１の撮像手段と前記第２の撮像手段は同一の撮像素子を用いて光電変換を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の眼科撮影装置。
前記第２の光源の光源に電圧を印加する電源と、前記電源を印加する電圧の値、前記第２の撮像手段の増幅率の値の何れかを入力する入力手段とを備え、前記輝度値を得る手段は、前記入力手段で入力した値に基づいて輝度値を得ることを特徴とする請求項２に記載の眼科撮影装置。
前記算出手段は、前記第２の撮像手段により撮像した画像の撮像時間の間隔に基づいて前記変化量を計算することを特徴とする請求項４に記載の眼科撮影装置。
前記第１の光源と前記第１の撮像手段は静止画撮影に用い、前記第２の光源と前記第２の撮像手段は動画撮影に用いることを特徴とする請求項２に記載の眼科撮影装置。