JP5038925B2 - 眼科測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、眼科測定装置、更に詳細には、ドライアイの重症度を定量的に測定する眼科測定装置に関する。

近年、ＶＤＴ（visual display terminal）作業者の増加や冷暖房による部屋の乾燥などによりドライアイ患者が増加している。ドライアイになると角膜上皮障害や結膜障害、その他にも種々の眼障害を併発するおそれがあり、ドライアイの診断は眼科診断の上で重要なテーマとなっている。

従来は、生体染色検査、シルマーテストによる涙液分泌量検査などによりドライアイの診断を行なっていたが、薬物点眼や異物接触を伴うため被検者の苦痛は避けられなかった。そこで、非接触的にドライアイを検出するために、被検眼にコヒーレント光を照射して涙液層でのカラーの干渉縞（干渉模様）を観察する方法が試みられている。これら装置では、被検眼の涙液の油層で形成される干渉模様を撮像して、それをモニタに表示して観察することにより涙液層の状態を知り、ドライアイの簡易的診断を行っている。

また、ドライアイの重症度を定量的に評価するために、上記涙液油層の干渉模様の強度を測定し、その測定値からドライアイの重症度を示す値を演算したり（特許文献１）、あるいは、干渉模様の像に複数のエリアを設定し、各エリアの色相に基づいて涙液表層を評価したり（特許文献２）、あるいは干渉縞の色相の経時変化を解析してドライアイを診断することが行われている（特許文献３）。また、このような干渉模様からドライアイを特定する他の例として、被検眼の涙液層で形成される干渉模様をカラー撮影し、そのカラー画像を色成分に分解して、各色成分で判定される干渉縞の数又はその信号レベル変化に基づいてドライアイの進行状態を判定することが行われている（特許文献４）。

また、干渉模様からドライアイを判定するのではなく、被検眼開瞼後に涙液層が破砕されて発生するドライスポット領域の経時的変化を、ドライスポット領域の面積比データの経時的変化として把握し、そのドライスポット領域の経時変化をモニタに表示することによりドライアイの涙液の安定性の異常を検査することが行われている（特許文献５）。さらに、被検眼にトレーサーを点眼し、この点眼したトレーサーの移動を測定することによりドライアイの定量化が行われている（特許文献６）。

また、ドライアイ患者の瞬目後の涙液油層の伸展状態がＶｏｉｔ ｍｏｄｅｌで良好に近似でき涙液貯留量と関連することが述べられている（非特許文献１）。さらに、撮像された油層画像に矩形の観察領域を設定し、一定時間後の油層画像から該観察領域の油層画像と最も一致する矩形領域を相関法を用いて認識し、その領域の垂直方向の変位量からＶｏｉｔ ｍｏｄｅｌを用いて垂直方向の油層伸展初速度を求め、この初速度と涙液メニスカス曲率半径との関係が検討されている（非特許文献２）。

また、被検眼の固視状態が変動すると、信頼性のある眼科検査ないし測定を行うことができないので、固視の移動状況から撮影画像を補正したり（特許文献７）、瞳が移動しても安定した波面補正を行って被検眼の光学特性を測定し、あるいは眼底像を形成することが行われている（特許文献８）。
特開２０００−２８７９３０号公報 特許第３５５６０３３号公報 特許第３７１８１０４号公報 特開２００５−２１１１７３号公報 特許第３６９９８５３号公報 特開２００６−３１４６５１号公報 特開２００６−６１３２８号公報 特開２００６−６３６２号公報 Frontiers in Dry Eye 2006.10 Vol.1 No.1 20,21 メディカルレビュー社 第３１回角膜カンファランス、第２３回日本角膜移植学会 プログラム・抄録集 ２００７年２月９日 ３８頁 「１ 相関法による涙液油層伸展動態の自動解析法の開発とその臨床応用」

従来、被検眼の涙液油層の伸展状態を検査してドライアイの重症度を測る方法は、重度のドライアイ（Ｇｒａｄｅ４といわれている）では、油層の移動境界面がはっきりわかったため、油層のエリアを自動的に判別して、油層面積を計算することができた。しかし中度のドライアイ（Ｇｒａｄｅ２，３といわれている）に関してははっきりとした油層の境界面が現れないので、従来の方法では対処できなかった。ちなみに、この油層の面積を測る方法は、画像からマニュアルで境界面を引くことも不可能であった。

また、特許文献６、非特許文献２に見られるように、涙液油層の移動量に着目するドライアイ判定方法では、被検眼を固視させるとき、被検眼の固視移動（固視微動）があると、その固視移動量も油層移動量に反映されてしまうため正確な測定ができない、という問題があった。

本発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、中度のドライアイ状態でも、また固視微動があっても、正確なドライアイの重症度を測定することが可能な眼科測定装置を提供することを課題とする。

本発明は、
照明光を被検眼角膜上の涙液油層に投光する光学系と、
涙液油層からの反射光を受光し、涙液油層を撮像する油層撮像手段と、
撮像された涙液油層の画像を処理して角膜上の涙液油層の移動量を演算する演算処理手段と、
被検眼の固視移動量を検知する検知手段とを有し、
前記検知された固視移動量に基づいて涙液油層の移動量を補正し、補正された涙液油層の移動量の時間変化率を求めて被検眼に貯留する涙液量を示す値とすることを特徴とする。

本発明では、被検眼を固視させて測定を行うとき、被検眼が移動したときに被検眼の移動量（固視移動量）を検知し、検知された固視移動量に基づいて涙液油層の移動量を補正して涙液油層の移動量の時間変化率を求めるようにしているので、測定中に固視微動があっても、また中度のドライアイ状態でも信頼性よくドライアイの症状を定量化することができる。

以下、図面に示す実施例に基づいて、本発明を詳細に説明する。

図１は、本発明に係わる眼科測定装置の概略構成を示す。同図において、符号１で図示するものは、被検眼Ｅを照明するための白色光源でハロゲンランプ等によって構成される。白色光源１から射出された光は、照明視野を制限するマスク２を通過後、レンズ３、ハーフミラー４、レンズ５、変倍レンズ６、ハーフミラー７、対物レンズ８を介して被検眼Ｅ上の所定点Ｐを照明する。点Ｐの位置は被検眼Ｅの角膜上の涙液層に選択される。なお、白色光源１は調光回路（不図示）により光量が調節できるようになっている。

点Ｐからの反射光は、涙液層の最上層の涙液油層（液膜ともいう）の厚みその他の状態により種々の干渉模様を形成する。涙液油層からの反射光は、対物レンズ８に入射し、ハーフミラー７、変倍レンズ６、レンズ５、ハーフミラー４、レンズ９を介してカラーＣＣＤカメラ（油層撮像手段）１０で受光され、涙液油層がＣＣＤカメラ１０によりカラー画像（ＲＧＢ画像）として撮像される。

図１で右上に一点鎖線で囲った部分はドライアイ光学系を構成する。本発明では、被検眼Ｅの固視微動を測定するために、ドライアイ光学系とは別に、固視を観察撮影するための光学系が設けられる。この固視光学系は、可視光発光ダイオード（ＬＥＤ）などからなる固視光源１２を有し、固視光源１２からの光束はハーフミラー１３と７で反射され、対物レンズ８で被検眼Ｅの角膜に点状に輝点として投影される。この輝点の反射像は対物レンズ８を通過してハーフミラー７で反射され、ハーフミラー１３を透過して固視観察撮像用のＣＣＤカメラ（固視撮像手段）１４により撮像される。

ＣＣＤカメラ１０と１４の画像は、ビデオ同期信号回路１５からフレームレイトに同期してそれぞれビデオキャプチャユニット２１、２２で静止画像としてキャプチャされ、開眼後の画像がタイムスタンプとともに演算処理部（演算処理手段）２３のフレームメモリ２３ａ、２３ｂに入力されそこに格納される。そして、これらの画像は表示モニタ２４で表示されるとともに、演算処理部２３で画像処理され、後述するように涙液油層の移動量並びに固視移動量が演算される。

次に、このように構成された装置においてドライアイの症状を測定するときの動作を説明する。

光源１を点灯して被検眼Ｅの角膜を照明し、またＬＥＤ光源１２を点灯して被検眼を固視させる。固視が安定した状態で、被検眼を瞬きさせ開眼後角膜上の涙液油層をＣＣＤカメラ１０で撮像する。

図２は撮像された画像を示し、２ａはマスク２の画像、３１は角膜の画像、３０は涙液油層を示す。涙液油層３０は、その表面と裏面の反射光の干渉により干渉模様を形成し、開眼後図２（ａ）から（ｂ）に示したように伸展し、移動する。本実施例では、瞬き後の涙液油層の移動量と時間の関係を、数式化することによりドライアイの症状の定量化を行う。

涙液油層の移動量を求めるために、ＣＣＤカメラ１０で撮像された涙液油層の画像がビデオキャプチャユニット２１で取得され、フレームメモリ２３ａに格納される。図２において、Ａは所定の大きさの測定エリアを示し、この測定エリアＡ内の画像の垂直方向の移動量Δｙを求める。

図４には、その移動量の求め方が図示されている。開眼後の時点ｔにおけるフレームメモリ２３ａのスタート画像（フレームｎの画像；図２（ａ）に対応）に、ｘｗ画素×ｙｗ画素の大きさの測定エリアＡを設定する。続いて、時点ｔ＋１において、涙液油層を撮像し、同様にフレームメモリ２３ａにフレームｎ＋１の画像として格納する（図２（ｂ）の画像に対応）。このとき、図４の右側に示したように、計算対象エリアＢを設定する。その大きさは、想定される測定エリアＡの移動範囲をカバーするように、測定エリアＡのＸ方向に−ｘａ画素、＋ｘａ画素、Ｙ方向に−１０画素、＋ｙａ画素拡大させた大きさに設定される。

計算対象エリアＢ内で、測定エリアＡの画像に最も近い画像を求めるために、測定エリアＡの画像で計算対象エリアＢ内の画像を順次ｘ、ｙ方向に走査し、その相関を調べ、輝度値の差の総和が最小になる位置、つまり相関が最も高くなる位置を求める。これを数式化すると、

となる。ｎは画像のフレーム番号であり、撮像される時点でもある。Ｇｎ、Ｇｎ＋１は、それぞれフレームｎ、ｎ＋１の画像の括弧内に示した座標位置での輝度値を示す。ｍｉｎはその最小値を示す。

図４において、測定エリアＡの画像４０に最も近い画像４１が図示した位置で得られたとすると、涙液油層は時点ｎ＋１の後に両画像のｙ座標の差、つまりΔｙ（ｎ）だけｙ軸方向（垂直方向）に移動したことになる。

このようにして、撮像された油層画像に一定の矩形領域（測定エリアＡ）を設定し、一定時間後の油層画像から該矩形領域の油層画像と最も一致する矩形領域を相関法を用いて求めることにより、一定時間後の油層画像の垂直方向の移動量を求めることができる。

このように、涙液油層の進展中のΔｙを経時に加算して移動量の総和Ｈ（ｔ）を求めると、図５に点線で示したようになり、移動量の経時的な変化は、実線で示したように、
Ｈ（ｔ） ＝ ｐ［１−ｅｘｐ（−ｔ／λ）］
の指数関数として近似することができる。ここで、ｐは定数、ｔは時間、λは緩和時間である。

涙液油層は、開瞼後角膜上で伸展するが、その伸展状態は、上述したように、指数関数で近似できることから、涙液油層を粘弾性体として取り扱い、その伸展挙動（油層面積、油層の移動量などの経時変化）をレオロジーモデル、つまりフォークトモデル（Ｖｏｉｇｔ ｍｏｄｅｌ）を用いて解析することができる。

涙液油層の垂直方向の移動量の経時変化をフォークトモデルにあてはめて解析し、涙液油層の伸展初速度（開瞼時点での油層移動量の時間変化率ｍｍ／ｓｅｃ）、つまり上記指数関数の時間ｔ＝０における１次微分
Ｈ'（０） ＝ ｄＨ（０）／ｄｔ
を求める。

特開平１１−２６７１０２号公報には、涙液表面に投影された開口の像倍率を求め、この像倍率から下眼瞼縁に沿った涙液表面（涙液メニスカス）の曲率半径Ｒを演算し、その曲率半径Ｒからドライアイの重症度を評価する方法が記載されており、この曲率半径Ｒは、信頼性よく眼表面に貯留する涙液量を示す値として用いることが判明している。

そこで、上述した各被検眼に対して、涙液メニスカス曲率半径Ｒ（ｍｍ）を計測し、これを、涙液油層の伸展初速度Ｈ'（０）の関係を調べてみると、Ｈ'（０）とＲとの間には、ｍ、ｎを定数として［Ｈ'（０）＝ｍ×Ｒ−ｎ］の有意な正の直線相関が認められる。

このことから、涙液油層は、開瞼後フォークトモデルの粘弾性体に近似しうる挙動を示しながら伸展し、その伸展初速度は涙液貯留量の増加に比例して増加することが分かる。そこで、本発明では、開瞼時点（ｔ＝０）における涙液油層の垂直方向の移動量の時間変化率を算出し、これを被検眼に貯留する涙液量を示す値とし、ドライアイの重症度を判定するための定量化の値とする。

このように、本実施例では、指定したエリアの画像濃淡パターンの移動量に着目したため、グレード２、３の中度のドライアイ状態でも定量化することができる。

ここで、涙液油層の移動量を計る測定時間が開眼後５〜１０秒程度であるので、被検眼が固視微動も含め、被検眼が動いたときに、涙液油層の移動量が乱れて、フォークトモデルにあてはまらなくなる。そのため、以下に述べるように、ＣＣＤカメラ１４により固視微動を測定し、固視移動量を、油膜移動量に反映して計算するようにする。

測定中固視光源１２が点灯されているので、ＣＣＤカメラ１４には、図３に示したように、被検眼の前眼部（角膜）５１に投影された固視光源１２による輝点５０が撮像される。ＣＣＤカメラ１４の画像は、ビデオ同期信号回路１５からのフレームレイトに合わせて、ＣＣＤカメラ１０からの涙液油層の画像と同期して、ビデオキャプチャユニット２２で静止画像としてキャプチャされ、フレームメモリ２３ｂに入力されそこに格納される。

固視微動等被検眼が動いた場合は、輝点５０の反射方向が変わるため、この輝点５０の位置も、被検眼の動きによって移動する。演算処理部２３は、フレームメモリ２３ｂ内の輝点５０の中心座標を求め、ｎフレームと（ｎ＋１）フレーム間での、輝点の中心位置の水平方向、垂直方向の被検眼の動きによる移動量（Δ（ｎ）ｘｓ，Δ（ｎ）ｙｓ）を求め、それを上式数１に加算して、下記式を演算する。そして

に従い、輝度値の差の総和が最小になる画像位置を求め、固視移動量に起因する涙液油層の移動量の補正を行う。そして、この補正された涙液油層の移動量の経時変化Ｈ（ｔ）を求め、その時間ｔ＝０における時間変化率を求めて、これを被検眼に貯留する涙液量を示す値とする。

これにより、固視移動があった場合にも、その移動量を補正して、涙液油層の移動量を演算することができるので、固視移動があっても、ドライアイの重症度を信頼性よく定量化することができる。

本発明の眼科測定装置の概略構成を示した構成図である。 涙液油層の伸展を示した説明図である。 角膜に投影される固視輝点を示した説明図である。 涙液油層の移動量を求める過程を示した説明図である。 涙液油層の移動量の経時変化を示した線図である。

符号の説明

１０、１４ ＣＣＤカメラ
１２ 固視光源
１５ ビデオ同期信号回路
２１、２２ ビデオキャプチャユニット
２３ 演算処理部
２３ａ、２３ｂ フレームメモリ
３０ 涙液油層
５０ 固視輝点

Claims (3)

1. 照明光を被検眼角膜上の涙液油層に投光する光学系と、
   涙液油層からの反射光を受光し、涙液油層を撮像する油層撮像手段と、
   撮像された涙液油層の画像を処理して角膜上の涙液油層の移動量を演算する演算処理手段と、
   被検眼の固視移動量を検知する検知手段とを有し、
   前記検知された固視移動量に基づいて涙液油層の移動量を補正し、補正された涙液油層の移動量の時間変化率を求めて被検眼に貯留する涙液量を示す値とすることを特徴とする眼科測定装置。
2. 前記検知手段が、前記油層撮像手段とは別に設けられた撮像手段で、被検眼前眼部に投影された輝点の反射像を撮像する固視撮像手段によって構成されることを特徴とする請求項１に記載の眼科測定装置。
3. 前記油層撮像手段と固視撮像手段は、同じフレームレイトでそれぞれ涙液油層と輝点反射像を同期撮像することを特徴とする請求項２に記載の眼科測定装置。

Images