JP5255932B2 - Pupil imaging device for small animals - Google Patents
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Description
本発明は、医療研究／医薬実験などに用いられるラットなどの小動物の瞳孔を撮像する小動物用瞳孔撮像装置に関する。 The present invention relates to a pupil imaging device for a small animal that images a pupil of a small animal such as a rat used for medical research / medical experiment and the like.
瞳孔は光刺激により縮瞳又は散瞳する対光反応を示すが、最近の研究によれば、この対光反応が中枢神経はもとより脳神経、自律神経に関する情報を提供するだけでなく、対光反応経路と他の神経系との関連性や、大脳、小脳との関連性等に新たな知見を得ており、臨床面では、各種神経疾患の病態解明手段等として研究の範囲が拡げられている。
そして、最近では、医薬実験等においてはラットやマウスの対光反応を正確に観察／記録する必要性を生じている。
The pupil shows a light response that is miosis or mydriasis by light stimulation. According to recent research, this light response not only provides information on the central nerve but also the cranial nerve and autonomic nerve. We have gained new knowledge on the relationship between the pathway and other nervous systems, the relationship with the cerebrum and cerebellum, etc., and the scope of research has been expanded as a means of elucidating the pathogenesis of various neurological diseases. .
Recently, in pharmaceutical experiments and the like, it has become necessary to accurately observe / record the light reaction of rats and mice.
ヒトの対光反応を記録する場合には、ヒトの瞳孔を撮像しながら光刺激を与え、その光刺激に対する瞳孔の変化を撮像する瞳孔撮像装置が提案され、得られた画像をコンピュータで画像解析することにより瞳孔径の変化を測定することが行われている。
そして、このような対光反応を観察する場合、瞳孔に光刺激以外の光が入るとその光も刺激となってしまうため、瞳孔撮像装置は、ヒト網膜に感受性のない赤外光を照明光として瞳孔を赤外線カメラで撮像しながら、光刺激となる可視光を照射するようにしており、この種の瞳孔撮像装置として、従来、大規模な据置型装置の他、顔に装着されるゴーグルタイプ（特許文献１参照）や、医師が手にもって使用するペンライトタイプ（特許文献２参照）等が提案されている。
When observing such a reaction to light, if light other than light stimulation enters the pupil, the light also stimulates. Therefore, the pupil imaging device emits infrared light that is not sensitive to the human retina. As a pupil imaging device of this type, in addition to a large-scale stationary device, a goggle type worn on the face has been conventionally used. (See Patent Document 1), pen light types (see Patent Document 2) and the like that doctors use with their hands have been proposed.
ところで、ラットやマウスなどの小動物は、その頭部が極めて小さいため、専用ゴーグルを作成することは不可能である。また、ペンライトタイプはもともと手振れを起し易いだけでなく、眼球に対する距離が定まらないのでピント合わせを行わなければならず、さらに、撮像するたびにアングルが変化するため、一回一回撮像条件が異なるという問題を生ずる。
このため、ベッドに固定されたラットの眼に対向させて、撮像用カメラ、赤外照明光源、可視刺激光源を配置し、光源から眼球へ至る光路及び眼球から撮像用カメラに至る光路中に、角膜への光の映り込みを防止する一対の偏光板を直交ニコルに配置し、これらを実験のたびに一定の基準に従い個別に組み合わせてセッティングして、撮像するようにしている。
By the way, small animals such as rats and mice have extremely small heads, so it is impossible to create dedicated goggles. In addition, the penlight type is not only prone to camera shake from the beginning, but the distance to the eyeball is not fixed, so it must be focused, and the angle changes every time it is taken. Cause the problem of different.
For this reason, an imaging camera, an infrared illumination light source, and a visible stimulus light source are arranged facing the rat eye fixed to the bed, and in the optical path from the light source to the eyeball and the optical path from the eyeball to the imaging camera, A pair of polarizing plates that prevent reflection of light on the cornea are arranged in crossed Nicols, and these are individually combined and set in accordance with a certain standard every time an experiment is performed.
しかしながら、ラットやマウスの場合、画像に基づいて瞳孔径を測定することが極めて困難であった。
すなわち、ヒトの眼は、図７（ａ）に示すように、黒目となる角膜Ｃ及び水晶体Ｌの直径ｄＣ及びｄＬが眼球Ｂの直径ｄＢに比して極めて小さく、眼球Ｂのほとんどが白目となる強膜Ｓで覆われているため、瞼から白目と黒目の双方が露出されている。そして、外部から観察した場合に、その黒目の中の虹彩Ｉと瞳孔Ｐの色が異なって見えるため、眼の画像から瞳孔部分を判別することも、その直径を測定することも容易である。
これに対し、ラットの眼は、図７（ｂ）に示すように、角膜Ｃ及び水晶体Ｌの直径ｄＣ及びｄＬが眼球Ｂの直径ｄＢに略等しく、強膜Ｓは眼球Ｂの背面側半球部しか覆っていないため、瞼からヒトの白目に相当する部分はほとんど露出されず、黒目に相当する部分のみが露出されており、しかも、外部から観察した場合に虹彩Ｉと瞳孔Ｐの色が極めて近似しているため、眼の画像から瞳孔部分を判別することも、その直径を測定することも困難であった。
However, in the case of rats and mice, it was extremely difficult to measure the pupil diameter based on images.
That is, in the human eye, as shown in FIG. 7A, the diameters d C and d L of the cornea C and the lens L that are black eyes are extremely smaller than the diameter d B of the eyeball B, and most of the eyeball B Is covered with the sclera S that becomes white eyes, so that both white eyes and black eyes are exposed from the eyelids. When viewed from the outside, the colors of the iris I and the pupil P in the black eye look different, so it is easy to discriminate the pupil portion from the eye image and to measure its diameter.
In contrast, in the rat eye, as shown in FIG. 7B, the diameters d C and d L of the cornea C and the lens L are substantially equal to the diameter d B of the eyeball B, and the sclera S is the back surface of the eyeball B. Since only the side hemisphere is covered, the portion corresponding to the human white eye from the eyelid is hardly exposed, only the portion corresponding to the black eye is exposed, and when viewed from the outside, the iris I and the pupil P Since the colors are very close, it is difficult to discriminate the pupil portion from the eye image and to measure its diameter.
特に、最も多く実験に用いられるアルビノ（白色毛）系ラット／マウスなどは、眼の色が赤く、瞳孔測定が極めて困難でるため、赤眼よりはまだ瞳孔識別がしやすい黒眼を有する黒褐色毛系ラット／マウスなどを使用して瞳孔測定を行っている。
しかし、黒眼系のラット／マウスでもヒトに比べれば瞳孔識別が困難であり、しかも、赤外照明光が角膜で反射して照明光源の光点が瞳孔画像中に映り込むため、より識別が困難となり、偏光板等を用いてこの反射光を除去しようとしても、完全には除去することができないことから、瞳孔径の測定が極めて困難であった。
In particular, the albino (white hair) rat / mouse, etc., which is used most frequently in experiments, has dark red eyes and extremely difficult pupil measurement, so dark brown hair with black eyes that are still easier to distinguish than the red eyes. Pupil measurement is performed using rat / mouse.
However, even with black-eye rats / mouses, it is difficult to identify pupils compared to humans, and the infrared illumination light is reflected by the cornea and the light spot of the illumination light source is reflected in the pupil image. Even if an attempt is made to remove the reflected light using a polarizing plate or the like, it is impossible to completely remove the reflected light, and thus it is extremely difficult to measure the pupil diameter.
そこで本発明は、最も瞳孔径を測定し難い赤眼系のラットやマウスの小動物であっても、撮像された画像に基づいて瞳孔径を測定できる程度に、瞳孔を鮮明に映し出すことができるようにすることを技術的課題としている。 Therefore, the present invention can project the pupil clearly to such an extent that the pupil diameter can be measured based on the captured image even in a small-sized rat or mouse of a red eye system in which the pupil diameter is most difficult to measure. To make it a technical issue.
この課題を解決するために、本発明は、被検体となる小動物の瞳孔を撮像する小動物用瞳孔撮像装置であって、先端に撮像用開口部が形成された機体に、撮像光軸を前記開口部に向けた赤外撮像光学系が内蔵され、小動物の頭部に当接させた光出射部から赤外光を照射させ、頭部を透過させて眼球内に入射させる赤外照明系と、機体内部から前記撮像用開口部に向けて刺激光を照射する可視照明系とを備えると共に、前記撮像用開口部には小動物の眼の周囲に押し当てて瞼を押えるアイクリップが配されたことを特徴としている。 In order to solve this problem, the present invention is a pupil imaging device for a small animal that images a pupil of a small animal that is a subject, and an imaging optical axis is provided in the body having an imaging opening formed at a tip. Infrared imaging optical system for the part is built in, an infrared illumination system that irradiates infrared light from a light emitting part that is in contact with the head of a small animal, transmits the head and enters the eyeball, and A visible illumination system that irradiates stimulation light from the inside of the machine body toward the imaging opening, and an eye clip that presses against the eye of a small animal and presses the eyelid on the imaging opening. It is characterized by.
本発明の小動物用瞳孔撮像装置によれば、アイクリップを小動物の眼球の周囲に押し当てて瞼を開いた状態に押さえつけ、撮像用開口部に眼球を位置させて、赤外照明系の光出射部を被検体である小動物の頭部に当接させて赤外光を照射させると、その皮下に侵入した赤外光により眼球が照明されるので、瞳孔画像を撮像したときに角膜上に光点が形成されることがなく、瞳孔を鮮明に映し出すことができる。 According to the pupil imaging device for a small animal of the present invention, the eye clip is pressed around the eyeball of the small animal to hold the eyelid open, the eyeball is positioned in the imaging opening, and the light emission of the infrared illumination system When the part is brought into contact with the head of a small animal that is the subject and irradiated with infrared light, the eyeball is illuminated by the infrared light that has entered the skin. Dots are not formed, and the pupil can be projected clearly.
すなわち、赤外撮像光学系では、皮下に侵入した赤外光により照明された瞳孔が撮像される。
このとき、赤外照明系の光出射部を頭頂部や後頭部などに当接させれば、赤外光は小動物の頭骸骨を透過して頭部に入射され、頭部内で乱反射された赤外光の一部が強膜等を透過して眼球内に入射し、眼球内で硝子体及び水晶体により乱反射され、その一部が虹彩を透過して撮像用開口部から撮像光軸に沿って機体内に入り、この画像を赤外撮像光学系で撮像することができる。
この場合は、瞳孔部を透過する光が最も多く、瞳孔部は比較的明るく写り、虹彩部分は比較的暗く撮像され、照明光源の光点が映し出されることがないので、赤眼系ラットにおいても、黒眼系ラットにおいても、その明度差に基づき、画像から瞳孔部分を容易に識別することができる。
そして、瞳孔部分を撮像してその画像を録画しながら、可視照明系を点灯させて眼球を光刺激すれば、光刺激に対する縮瞳の様子を観察することができ、その録画像は対光反応を分析する基礎資料として用いることができる。
さらに、虹彩を走る毛細血管も撮像できるので、対光反応や新規医薬品による眼内血管への影響や医学的な循環動態などを観察することができる。
That is, in the infrared imaging optical system, the pupil illuminated by infrared light that has entered under the skin is imaged.
At this time, if the light emitting part of the infrared illumination system is brought into contact with the top of the head or the back of the head, the infrared light passes through the skull of the small animal and enters the head, and the red light that is diffusely reflected in the head. A part of the external light passes through the sclera and enters the eyeball, is irregularly reflected by the vitreous body and the crystalline lens in the eyeball, and a part of the light passes through the iris and passes through the imaging aperture along the imaging optical axis. This image can be captured by the infrared imaging optical system.
In this case, the light transmitted through the pupil part is the most, the pupil part appears relatively bright, the iris part is imaged relatively dark, and the light spot of the illumination light source is not projected. In the black eye rat, the pupil portion can be easily identified from the image based on the brightness difference.
Then, if the pupil is imaged and the image is recorded, the visible illumination system is turned on and the eyeball is optically stimulated. It can be used as basic data for analyzing
Furthermore, since capillaries that run through the iris can also be imaged, it is possible to observe the effects on the intraocular blood vessels and medical circulatory dynamics due to photoreactions and new drugs.
また、アイクリップで瞼を押えるようにしているので、被写体と成る瞳孔と赤外撮像光学系との位置関係は常に一定に維持され、ピント合わせする必要がなく、構図及びアングルも常に一定に維持される。
ここで、アイクリップを兼用するリング状ライトガイドを赤外照明系の光出射部として用いれば、そのアイクリップを眼球周囲に当接するだけで、赤外照明光の照射及び赤外画像の撮像を行うことができ、別途、赤外照明をセットする必要もない。
このとき、赤外光は小動物の瞼の皮膚で乱反射されて、その一部が瞼の縁から出射されて眼球の側方から眼球を照明するので、暗視野顕微鏡と同様、眼球が側面のみから照明されるため、暗いバックグラウンドの中で虹彩を明るく浮かび上がらせ、瞳孔部は暗く撮像され、もちろん照明光源の光点が映し出されることがないので、赤眼系ラットにおいても、黒眼系ラットにおいても、その明度差に基づき、画像から瞳孔部分を容易に識別することができる。
In addition, since the eye clip can be used to hold the eyelids, the positional relationship between the pupil that is the subject and the infrared imaging optical system is always kept constant, there is no need to focus, and the composition and angle are always kept constant. Is done.
Here, if a ring-shaped light guide that also serves as an eye clip is used as a light emitting part of an infrared illumination system, irradiation of infrared illumination light and imaging of an infrared image can be performed simply by abutting the eye clip around the eyeball. There is no need to set infrared illumination separately.
At this time, the infrared light is irregularly reflected by the skin of the eyelid of a small animal, and a part of it is emitted from the edge of the eyelid and illuminates the eyeball from the side of the eyeball. Because it is illuminated, the iris appears brightly in a dark background, the pupil is imaged darkly, and of course the light spot of the illumination light source is not projected, so even in red-eye rats and black-eye rats In addition, the pupil portion can be easily identified from the image based on the brightness difference.
さらに、そのリング状ライトガイドの背面に配設される赤外発光素子を、１又は２以上の発光素子からなる複数の群に分割して、その各群ごとに点灯可能とし、ライトガイドとして、背面の入射エリアと対応して先端面の出射エリアが形成され、各群の発光素子の光が各エリアごとに案内されるように形成されたライトガイドを用いれば、各群の発光素子を個別に点灯したときに、眼の周囲から眼球内に入射される光の方向を変化させることができ、これによって、画像が最も見えやすい角度で赤外光を照射することができる。 Furthermore, the infrared light emitting element disposed on the back surface of the ring-shaped light guide is divided into a plurality of groups of one or two or more light emitting elements and can be turned on for each group. By using a light guide formed so that the emission area of the front end surface is formed corresponding to the incident area on the back surface and the light of each group of light emitting elements is guided for each area, the light emitting elements of each group are individually When turned on, it is possible to change the direction of light that enters the eyeball from the periphery of the eye, and thereby it is possible to irradiate infrared light at an angle at which the image is most visible.
また、アイクリップを光軸方向に所定距離だけ進退可能に配設し、アイクリップが押し込まれたときにスプリングダンパなどの弾性部材によりそのアイクリップを押し出す方向に付勢させるようにすれば、アイクリップを押し当てたときに所定の圧力で確実に瞼を押さえることができる。
このとき、アイクリップと赤外撮像光学系を一体的に光軸方向に進退可能に配しておけば、アイクリップを進退させることによりピントがずれることもない。
Further, if the eye clip is disposed so as to be able to advance and retract by a predetermined distance in the optical axis direction, and the eye clip is urged by an elastic member such as a spring damper when the eye clip is pushed in, the eye clip can be urged. When the clip is pressed, it is possible to reliably hold the heel with a predetermined pressure.
At this time, if the eye clip and the infrared imaging optical system are integrally arranged so as to be able to advance and retreat in the optical axis direction, the eye clip will not be out of focus by advancing and retreating the eye clip.
さらに、先端の撮像用開口部を除き、外部から赤外光が透過しない筒状体で機体を構成すれば、外光が侵入することがないので、周囲の明るさや赤外線の強さに係らず常に一定の撮像条件で撮像することができる。 In addition, except for the imaging opening at the tip, if the aircraft is composed of a cylindrical body that does not allow infrared light to be transmitted from the outside, outside light will not enter, regardless of ambient brightness or infrared intensity. Images can always be taken under certain imaging conditions.
本例では、瞳孔識別が困難な赤眼系小動物であっても、撮像された画像に基づいて瞳孔部分を容易に識別できる程度に瞳孔を鮮明に撮像するという目的を達成するため、先端に撮像用開口部が形成された機体に、撮像光軸を前記開口部に向けた赤外撮像光学系が内蔵され、小動物の頭部に当接させた光出射部から赤外光を照射させ、頭部を透過させて眼球内に入射させる赤外照明系と、機体内部から前記撮像用開口部に向けて刺激光を照射する可視照明系とを備えると共に、前記撮像用開口部には小動物の眼の周囲に当接させて瞼を押えるアイクリップを配した構成となっている。 In this example, even in the case of small red-eye animals that are difficult to discriminate pupils, in order to achieve the purpose of capturing the pupils clearly to the extent that the pupil part can be easily identified based on the captured images, imaging is performed at the tip. An infrared imaging optical system in which the imaging optical axis is directed to the opening is built in the airframe in which the opening is formed, and infrared light is irradiated from the light emitting part that is in contact with the head of the small animal, An infrared illumination system that transmits the light and enters the eyeball, and a visible illumination system that emits stimulation light from the inside of the body toward the imaging aperture, and the imaging aperture includes an eye of a small animal The eye clip is arranged so as to abut the periphery of the lip and press the heel.
図１は本発明に係る小動物用瞳孔撮像装置の一例を示す説明図、図２はその要部を示す説明図、図３は瞳孔径測定システムを示すブロック図、図４は画像処理の例を示す説明図、図５は他の実施形態を示す説明図、図６はその画像処理の例を示す説明図である。 FIG. 1 is an explanatory view showing an example of a pupil imaging device for small animals according to the present invention, FIG. 2 is an explanatory view showing the main part thereof, FIG. 3 is a block diagram showing a pupil diameter measuring system, and FIG. 4 is an example of image processing. FIG. 5 is an explanatory diagram showing another embodiment, and FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of the image processing.
本例の小動物用瞳孔撮像装置１は、小動物、特にアルビノ系（白色毛、赤眼）のラットの瞳孔を撮像するために用いられ、先端に撮像用開口部２が形成された機体３に、撮像光軸Ｚを前記開口部２に向けた赤外撮像光学系４が内蔵され、小動物の頭部に当接させた光出射部５から赤外光を照射させ、頭部を透過させて眼球内に入射させる赤外照明系６と、機体２の内部から撮像用開口部２に向けて刺激光を照射する可視照明系７とを備えると共に、撮像用開口部２には小動物の眼の周囲に押し当てて瞼を押える裁頭円錐筒状のアイクリップ８が形成されている。 The small-animal pupil imaging device 1 of this example is used to image the pupils of small animals, particularly albino-based (white hair, red-eye) rats, and an airframe 3 having an imaging opening 2 formed at the tip thereof. An infrared imaging optical system 4 with the imaging optical axis Z directed to the opening 2 is built in, and infrared light is irradiated from a light emitting unit 5 in contact with the head of a small animal, and the eyeball is transmitted through the head. An infrared illumination system 6 that is incident on the inside of the machine body 2 and a visible illumination system 7 that emits stimulation light from the inside of the body 2 toward the imaging aperture 2. A truncated cone-shaped eye clip 8 is formed which is pressed against and pressed against the collar.
機体３は、先端の撮像用開口部２を除き、外部から赤外光が透過しない筒状体で形成されている。
赤外撮像光学系４は、機体３に固定されているフレーム１０に支持され、小動物の眼を撮像する撮像素子１１を備え、当該撮像素子１１から撮像用開口部２に至る撮像光軸Ｚ上に、結像レンズ１２及び可視光カット赤外光透過フィルタ１３が介装されている。
The airframe 3 is formed of a cylindrical body that does not transmit infrared light from the outside except for the imaging opening 2 at the tip.
The infrared imaging optical system 4 is supported by a frame 10 fixed to the body 3, includes an imaging device 11 that images the eyes of a small animal, and is on an imaging optical axis Z extending from the imaging device 11 to the imaging aperture 2. Further, an imaging lens 12 and a visible light cut infrared light transmission filter 13 are interposed.
赤外照明系６は、光出射部５として、小動物の眼の周囲に当接された状態でその先端面５ａから赤外光を照射するリング状ライトガイドが用いられると共に、当該光出射部５が前記アイクリップ８を兼用し、その背面側に光源となる複数の赤外発光素子１５…が環状に配されている。
本例では、赤外発光素子１５として、例えば波長８９０ｎｍの近赤外光を発光する八つの発光ダイオード（ＬＥＤ）が等角的に配されている。
また、各発光素子１５…は、１又は２以上の発光素子からなる複数の群に分割され、各群ごとに点灯可能に形成されており、本例では、一つずつ個別に点灯可能に形成され任意の発光素子を任意の組合せで点灯させることができるようになっている。
In the infrared illumination system 6, a ring-shaped light guide that irradiates infrared light from the distal end surface 5 a while being in contact with the periphery of the eye of a small animal is used as the light emitting unit 5. The eye clip 8 is also used, and a plurality of infrared light emitting elements 15...
In this example, as the infrared light emitting element 15, for example, eight light emitting diodes (LEDs) emitting near infrared light having a wavelength of 890 nm are arranged equiangularly.
Each of the light emitting elements 15 is divided into a plurality of groups of one or two or more light emitting elements and is formed so as to be lit for each group. In this example, the light emitting elements 15 are individually lit. Any light emitting element can be turned on in any combination.
光出射部５となるライトガイドは、ミラー面（図２網点図示）１４ｍで等角的に分割された環状導光体からなり、背面を等角的に分割した八つの入射エリア１４inに対応して、先端面５ａを等角的に分割した八つの出射エリア１４outが形成されると共に、その外周面及び内周面の内面側が鏡面処理されている。
これにより、各発光素子１５から照射されて背面側から入射された赤外光は、内部反射しながら、各エリアごとに案内されて、夫々の出射エリア１４outから出射される。
なお、各発光素子１５を１又は２以上の発光素子からなる複数の群に分割して各群ごとに個別に点灯させる必要がない場合は、光出射部５として内部にミラー面１４ｍのない環状導光体を用いても差し支えない。
The light guide serving as the light emitting section 5 is composed of an annular light guide that is equiangularly divided by a mirror surface (shown by halftone dots in FIG. 2), and corresponds to eight incident areas 14in that are equiangularly divided at the back. Thus, eight exit areas 14out are formed by equiangularly dividing the tip surface 5a, and the outer peripheral surface and the inner surface side of the inner peripheral surface are mirror-finished.
Thereby, the infrared light irradiated from each light emitting element 15 and incident from the back side is guided for each area while being internally reflected, and is emitted from each emission area 14out.
In addition, when it is not necessary to divide each light emitting element 15 into a plurality of groups composed of one or two or more light emitting elements and individually turn on each group, the light emitting unit 5 has an annular shape without a mirror surface 14m inside. A light guide may be used.
そして、このように形成された光出射部５兼用アイクリップ８が、フレーム１０に立てられた３本の支柱１６に対して撮像光軸Ｚ方向に所定ストロークで摺動可能且つ傾動可能に配されたベースプレート８ｂに取り付けられ、その支柱１６に外装されたスプリング１７により、アイクリップ８が押し込まれたときにそのアイクリップ８を押し出す方向に付勢されるようになっている。 The thus-formed eye clip 8 serving also as the light emitting portion 5 is arranged so as to be slidable and tiltable with a predetermined stroke in the imaging optical axis Z direction with respect to the three columns 16 standing on the frame 10. The eye clip 8 is urged in the direction of pushing out the eye clip 8 by the spring 17 attached to the base plate 8b and sheathed on the support column 16 when the eye clip 8 is pushed in.
これにより、小動物の顔の曲面に対して、正確に直角に押し当てなくても、その曲面に応じてアイクリップ８が傾動され、眼の周囲に均一に押し当てることができる。
すなわち、アイクリップ８の先端面８ａを小動物の眼の周囲に押し当てることにより、その押圧力及び当接部位の傾きに応じてアイクリップ８が傾いて押し込まれるので、スプリング１７の弾發力が作用して、小動物の眼が閉じないように先端面８ａで瞼を均一に押さえることができる。
Thereby, even if it does not press against the curved surface of the face of a small animal exactly at a right angle, the eye clip 8 is tilted according to the curved surface and can be uniformly pressed around the eye.
That is, by pressing the tip surface 8a of the eye clip 8 around the eye of the small animal, the eye clip 8 is tilted and pushed in accordance with the pressing force and the inclination of the contact portion, so that the elastic force of the spring 17 is reduced. By acting, it is possible to uniformly hold the eyelids at the distal end surface 8a so that the eyes of the small animals do not close.
可視照明系７は、可視光源装置２１から光を導く光ファイバ２２が、結像レンズ１２の鏡筒２３に外装されたアタッチメント２４に固定され、その光出射端２２outがレンズ１２の側方に位置している。
そして、その出射光軸Ｘoutは、アイクリップ８を押し込まない状態でその先端面８ａと撮像光軸Ｚとの交点Ｐ０と交差するように、撮像用開口部２に向けられている。
また、可視光源装置２１は、光ファイバ２２の光入射端２２inが接続される光コネクタ２５を形成した本体２６と、基板２７に取り付けられた任意の発光色の可視発光素子２８を光ファイバ２２の入射光軸Ｘin上に着脱可能に装着するカセットタイプの光源ユニット２９を備えており、本体２６及び光源ユニット２９には、光源ユニット２９の装着時に可視発光素子２８に電力供給するコネクタ３０ａ、３０ｂが設けられている（図３参照）。
In the visible illumination system 7, an optical fiber 22 that guides light from the visible light source device 21 is fixed to an attachment 24 that is externally mounted on a lens barrel 23 of the imaging lens 12, and its light emitting end 22 out is positioned on the side of the lens 12. doing.
The outgoing optical axis Xout is directed to the imaging opening 2 so as to intersect the intersection point P 0 between the distal end surface 8a and the imaging optical axis Z in a state where the eye clip 8 is not pushed.
In addition, the visible light source device 21 includes a main body 26 having an optical connector 25 to which a light incident end 22 in of an optical fiber 22 is connected, and a visible light emitting element 28 of an arbitrary emission color attached to a substrate 27. A cassette type light source unit 29 is detachably mounted on the incident optical axis Xin. The main body 26 and the light source unit 29 are provided with connectors 30a and 30b for supplying power to the visible light emitting element 28 when the light source unit 29 is mounted. (See FIG. 3).
図２は本発明に係る撮像装置１を用いた瞳孔計測システム３１を示す説明図である。
瞳孔計測システム３１は、撮像された画像に基づいて瞳孔径を算出するコンピュータ３２の入力側に撮像装置１が接続されると共に、出力側に可視光源装置２１の発光素子ドライバ回路３３及びディスプレイ装置３４が接続されている。
また、撮像装置１に内蔵された赤外発光素子１５のドライバ回路３５が電源装置３６に接続されている。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a pupil measurement system 31 using the imaging apparatus 1 according to the present invention.
In the pupil measurement system 31, the imaging device 1 is connected to the input side of the computer 32 that calculates the pupil diameter based on the captured image, and the light emitting element driver circuit 33 and the display device 34 of the visible light source device 21 are output side. Is connected.
A driver circuit 35 of the infrared light emitting element 15 built in the imaging device 1 is connected to the power supply device 36.
コンピュータ３２は、撮像装置１で撮像された画像データを画像ファイル形式にして所定の記憶領域に保存する画像キャプチャ３７と、その画像ファイルのイメージデータを所定の閾値で二値化処理し瞳孔領域を特定する二値化処理手段３８と、特定された瞳孔領域に基づいて瞳孔径を算出する瞳孔径算出手段３９を備えている。
ディスプレイ装置３４は、撮像装置１で撮像された画像をリアルタイムで、または、画像キャプチャ３７により保存した画像を読み出して表示させるようになっている。
二値化処理手段３８は、瞳孔径を測定しようとする画像ファイルに記録されたイメージデータのうち、例えば輝度分布に基づき所定の輝度値を閾値として二値化する画像処理を行う。
The computer 32 converts the image data captured by the imaging device 1 into an image file format and saves the image data in a predetermined storage area, and binarizes the image data of the image file with a predetermined threshold value so that the pupil area is displayed. A binarization processing means 38 for specifying and a pupil diameter calculating means 39 for calculating the pupil diameter based on the specified pupil region are provided.
The display device 34 reads and displays the image captured by the imaging device 1 in real time or the image stored by the image capture 37.
The binarization processing unit 38 performs image processing that binarizes a predetermined luminance value as a threshold based on, for example, the luminance distribution among the image data recorded in the image file whose pupil diameter is to be measured.
本例の撮像装置１では、暗視顕微鏡と同様、眼球が側面のみから照明されるため、図４（ａ）に示すように、暗いバックグラウンドの中で虹彩部分Ｉが明るく浮かび上がり、瞳孔部分Ｐが暗く映し出され、虹彩の毛細血管Ｖも比較的はっきりと映し出される。
この画像を２値化処理すると、図４（ｂ）に示すように、瞳孔部分Ｐが黒色（図では灰色）の円で表わされ、それ以外の部分が白色で表された２値化画像が得られる。
次いで、瞳孔径算出手段３９では、その２値化画像に基づいて瞳孔径が算出され、具体的には、例えば、２値化画像の白色部分と黒色部分の境界線上にある３点以上の点を特定し、図４（ｃ）に示すようにこれらの点を通る円Ｃをフィッティング処理により算出すれば、その円Ｃの直径が瞳孔径となる。
In the imaging apparatus 1 of the present example, since the eyeball is illuminated only from the side surface as in the night vision microscope, as shown in FIG. 4A, the iris part I appears brightly in the dark background, and the pupil part P appears dark and the iris capillaries V appear relatively clearly.
When this image is binarized, as shown in FIG. 4B, a binarized image in which the pupil portion P is represented by a black (gray in the figure) circle and the other portions are represented by white. Is obtained.
Next, the pupil diameter calculation means 39 calculates the pupil diameter based on the binarized image. Specifically, for example, three or more points on the boundary line between the white portion and the black portion of the binarized image. And a circle C passing through these points is calculated by fitting processing as shown in FIG. 4C, the diameter of the circle C becomes the pupil diameter.
以上が本発明の一構成例であって、次にその作用について説明する。
まず、メインスイッチ（図示せず）をオンすると、赤外照明系６の赤外発光素子１５が点灯され、赤外撮像光学系４が起動される。
この状態で、機体３の先端に設けられたアイクリップ８の先端面８ａでラットの眼を囲むようにその周囲に押し当てると、アイクリップ８がスプリングダンパ１６の弾發力に抗して傾動／移動し、その押圧面８ａが所定の圧力でラットの瞼に押し付けられる。
したがって、例えば麻酔をかけても、瞼に先端面８ａが押し付けられて瞼が固定されるので、観察中、瞼が閉じてしまうことがない。
そして、ここでアイクリップ８を兼用する光出射部５から照射された赤外光は、小動物の頭骸骨を透過して頭部に入射され、頭部内で散乱反射された赤外光の一部が強膜を透過して眼球内に入射し、眼球内で硝子体及び水晶体により散乱反射され、その一部が瞳孔及び虹彩を透過して撮像用開口部２から撮像光軸Ｚに沿って機体３内に入り、この画像が赤外撮像光学系４で撮像される。
The above is one configuration example of the present invention, and the operation thereof will be described next.
First, when a main switch (not shown) is turned on, the infrared light emitting element 15 of the infrared illumination system 6 is turned on, and the infrared imaging optical system 4 is activated.
In this state, the eye clip 8 tilts against the elastic force of the spring damper 16 when it is pressed against the periphery of the rat's eye with the tip surface 8a of the eye clip 8 provided at the tip of the body 3. / Then, the pressing surface 8a is pressed against the rat's heel with a predetermined pressure.
Therefore, for example, even when anesthesia is applied, the tip surface 8a is pressed against the heel to fix the heel, so that the heel does not close during observation.
The infrared light emitted from the light emitting unit 5 also serving as the eye clip 8 is transmitted through the skull of a small animal, is incident on the head, and is one of the infrared light scattered and reflected in the head. The part passes through the sclera and enters the eyeball, and is scattered and reflected by the vitreous body and the crystalline lens in the eyeball, and a part thereof passes through the pupil and the iris and passes through the imaging aperture 2 along the imaging optical axis Z. The image enters the machine body 3 and is captured by the infrared imaging optical system 4.
このとき、アイクリップ８はスプリング１７により押し出し方向に付勢されて微少移動されるので、赤外撮像光学系４の結像レンズ１２としてその移動量を許容し得る深い被写界深度を持たせた非球面レンズを用いることによりアイクリップ８を押し当てていれば必ずピントを合わせることができる。
したがって、表面接触状況やラット眼(凸レンズ)内の瞳孔撮像に際して操作者のピン合わせに対する負担を大幅に軽減を実現できる。
At this time, the eye clip 8 is biased in the push-out direction by the spring 17 and slightly moved, so that the imaging lens 12 of the infrared imaging optical system 4 has a deep depth of field that allows the amount of movement. If the eye clip 8 is pressed by using an aspheric lens, the focus can always be achieved.
Therefore, it is possible to realize a significant reduction in the burden of the operator on pinning in the situation of surface contact and pupil imaging in the rat eye (convex lens).
ここで、瞳孔の対光反応を観察する場合は、コンピュータ３２を操作して可視光源装置２１が消灯された状態から一定時間間隔で瞳孔画像を画像キャプチャ３７で取り込みながら、可視光源装置２１により任意の光刺激を与え、そのときの瞳孔変化を記録していく。 Here, when observing the light reaction of the pupil, the visible light source device 21 arbitrarily captures the pupil image with the image capture 37 at regular time intervals from the state in which the visible light source device 21 is turned off by operating the computer 32. The light stimulus is given and the pupil change at that time is recorded.
そして、記録された各画像を順次読み出し、夫々の画像について２値化処理手段３８で瞳孔部分を抽出し、瞳孔径算出手段３９で瞳孔径を算出することにより、光刺激に対する瞳孔径の経時的変化を数値的に把握することができる。
なお、必要に応じて、赤外発光素子１５を任意の組合せで点灯させることにより、画像が最も鮮明に映し出される照射角度を選択することができる。
Then, each recorded image is sequentially read out, the pupil portion is extracted by the binarization processing means 38 for each image, and the pupil diameter is calculated by the pupil diameter calculation means 39, so that the pupil diameter with respect to the light stimulus is temporally changed. Changes can be grasped numerically.
If necessary, the irradiation angle at which the image is projected most clearly can be selected by lighting the infrared light emitting elements 15 in any combination.
図５は本発明に係る他の実施例を示す説明図である。
なお、図１と共通する部分は同一符号を付して詳細説明を省略する。
本例の瞳孔撮像装置４０は、機体３が先端側の内筒３Ａと後端側の外筒３Ｂからなり伸縮可能な二重管構造に形成されている。
そして、赤外撮像光学系４が取り付けられたフレーム１０及び赤外照明系６がいずれも先端側の内筒３Ａに取り付けられている。
そして、機体３の外筒３Ｂは、内筒３Ａに支持されたブレーム１０に対してスプリングダンパ（弾性部材）１８を介して取り付けられている。
FIG. 5 is an explanatory view showing another embodiment according to the present invention.
The parts common to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
In the pupil imaging device 40 of this example, the body 3 is composed of a front-end inner cylinder 3A and a rear-end outer cylinder 3B, and is formed in a double tube structure that can be expanded and contracted.
The frame 10 to which the infrared imaging optical system 4 is attached and the infrared illumination system 6 are both attached to the inner cylinder 3A on the distal end side.
The outer cylinder 3B of the machine body 3 is attached to the frame 10 supported by the inner cylinder 3A via a spring damper (elastic member) 18.
これにより、内筒３Ａの先端に設けられたアイクリップ８を兼用する光出射部５が、撮像光軸Ｚ方向に所定距離だけ進退可能に配設され、アイクリップ８が押し込まれたときにスプリングダンパ１８はアイクリップ８を押し出す方向に付勢するようになっている。
すなわち、外筒３Ｂを持ってアイクリップ８の先端面８ａを小動物の眼の周囲に押し当てることにより、その押圧力に応じて内筒３Ａが収縮するので、スプリングダンパ１８の弾發力により、小動物の眼が閉じないように先端面８ａで瞼を押さえることができる。
そして、本例ではこのように内筒３Ａを伸縮させても、撮像開口部２から撮像素子１１に至るまでの赤外撮像光学系４の各光学要素は全て内筒３Ａに支持されているので、これらの位置関係が変化することがなく、したがって、結像レンズ１２として被写界深度が比較的浅いものを用いた場合でもピントずれを生ずることがない。
As a result, the light emitting portion 5 that also serves as the eye clip 8 provided at the tip of the inner cylinder 3A is disposed so as to be able to advance and retract by a predetermined distance in the imaging optical axis Z direction, and the spring when the eye clip 8 is pushed in. The damper 18 biases the eye clip 8 in the pushing direction.
That is, by holding the outer cylinder 3B and pressing the distal end surface 8a of the eye clip 8 around the eyes of the small animal, the inner cylinder 3A contracts in accordance with the pressing force, so the elastic force of the spring damper 18 It is possible to hold the eyelid on the tip surface 8a so that the eyes of the small animal are not closed.
In this example, even if the inner cylinder 3A is expanded and contracted in this way, all the optical elements of the infrared imaging optical system 4 from the imaging aperture 2 to the imaging element 11 are supported by the inner cylinder 3A. These positional relationships do not change, and therefore, even when an imaging lens 12 having a relatively shallow depth of field is used, no focus shift occurs.
図５は本発明に係る他の実施形態を示す。なお、図１と重複する部分は同一符号を付して詳細説明を省略する。 FIG. 5 shows another embodiment according to the present invention. In addition, the same code | symbol is attached to the part which overlaps with FIG. 1, and detailed description is abbreviate | omitted.
本例の小動物用瞳孔撮像装置４１は、赤外照明系６が機体３とは別に設けられている。
すなわち、機体３には、赤外撮像光学系４と可視照明系７が配され、撮像用開口部２に小動物の眼の周囲に当接させて瞼が閉じるのを阻止する裁頭円錐筒状のアイクリップ８が配されており、機体３内には赤外照明系が配されていない。
In the pupil imaging device 41 for small animals of this example, the infrared illumination system 6 is provided separately from the body 3.
That is, the airframe 3 is provided with an infrared imaging optical system 4 and a visible illumination system 7, and is a truncated conical cylinder that prevents the eyelid from closing by bringing the imaging aperture 2 into contact with the periphery of the eye of a small animal. The eye clip 8 is arranged, and no infrared illumination system is arranged in the body 3.
また、赤外照明系６は、先端に小動物の頭部に当接されるライトガイド（光出射部）４２を備えると共に、そのライトガイド４２の背面側に光源となる赤外発光ダイオードなどの赤外発光素子４３が配されている。
ライトガイド４２は、発光素子４３から照射された赤外光が内部反射を繰り返して先端の先端面４２ａから出射されるように、その外周面の内面側が鏡面仕上げされている。
なお、機体３には、アイクリップは、内筒３Ａ及び外筒３Ｂがスプリングダンパ１６により伸縮可能に形成され、内筒３Ａに撮像光学系６、可視照明系７、アイクリップ８が支持されている。
In addition, the infrared illumination system 6 includes a light guide (light emitting portion) 42 that comes into contact with the head of a small animal at the tip, and a red light source such as an infrared light-emitting diode serving as a light source on the back side of the light guide 42. An outer light emitting element 43 is arranged.
The inner surface side of the outer peripheral surface of the light guide 42 is mirror-finished so that infrared light irradiated from the light emitting element 43 repeats internal reflection and is emitted from the distal end surface 42a.
In the body 3, the eye clip is formed such that the inner cylinder 3 </ b> A and the outer cylinder 3 </ b> B can be extended and contracted by the spring damper 16, and the imaging optical system 6, the visible illumination system 7, and the eye clip 8 are supported by the inner cylinder 3 </ b> A. Yes.
本例の瞳孔撮像装置４１を使用する場合は、赤外撮像光学系４を起動させた状態で、アイクリップ８の押圧面８ａを眼の周囲に押し当てて、赤外照明系６のライトガイド（光出射部）４２をラットの頭頂部に当接させて赤外光を照射する。
このとき、赤外光は、小動物の頭骸骨を透過して頭部に入射され、頭部内で散乱反射された赤外光の一部が強膜を透過して眼球内に入射し、眼球内で硝子体及び水晶体により散乱反射され、その一部が瞳孔及び虹彩を透過して撮像用開口部２から撮像光軸Ｚに沿って機体３内に入り、この画像が赤外撮像光学系４で撮像される。
When using the pupil imaging device 41 of this example, with the infrared imaging optical system 4 activated, the light guide of the infrared illumination system 6 is pressed by pressing the pressing surface 8a of the eye clip 8 around the eye. (Light emitting part) 42 is brought into contact with the top of the rat and irradiated with infrared light.
At this time, infrared light passes through the skull of a small animal and enters the head, and a part of the infrared light scattered and reflected in the head passes through the sclera and enters the eyeball. Is scattered and reflected by the vitreous body and the crystalline lens, a part of which passes through the pupil and iris and enters the body 3 along the imaging optical axis Z from the imaging aperture 2, and this image is the infrared imaging optical system 4. The image is taken with.
したがって、本例の撮像装置４１で撮像された赤外画像は、図６（ａ）に示すように、瞳孔部分Ｐが明るく、その周囲の虹彩Ｉを透過した部分が暗く、虹彩の毛細血管Ｖも比較的はっきりと映し出される。
この画像を２値化処理すると、図６（ｂ）に示すように、瞳孔部分Ｐが白色の円で表わされ、それ以外の部分が黒色（図では灰色）で表された２値化画像が得られる。
次いで、瞳孔径算出手段３９では、その２値化画像に基づいて瞳孔径が算出され、具体的には、例えば、２値化画像の白色部分と黒色部分の境界線上にある３点以上の点を特定し、図６（ｃ）に示すようにこれらの点を通る円Ｃをフィッティング処理により算出すれば、その円Ｃの直径が瞳孔径となる。
Therefore, as shown in FIG. 6A, the infrared image captured by the imaging device 41 of the present example has a bright pupil part P, a dark part that has passed through the surrounding iris I, and a dark capillary V of the iris. Is projected relatively clearly.
When this image is binarized, as shown in FIG. 6B, a binarized image in which the pupil part P is represented by a white circle and the other part is represented by black (gray in the figure). Is obtained.
Next, the pupil diameter calculation means 39 calculates the pupil diameter based on the binarized image. Specifically, for example, three or more points on the boundary line between the white portion and the black portion of the binarized image. And the circle C passing through these points is calculated by fitting processing as shown in FIG. 6C, the diameter of the circle C becomes the pupil diameter.
以上述べたように、本発明は、医療研究／医薬実験などに用いられるラットなどの小動物の瞳孔を撮像する用途に適用することができる。 As described above, the present invention can be applied to an application for imaging a pupil of a small animal such as a rat used for medical research / medicine experiment.
１ 小動物用瞳孔撮像装置
２ 撮像用開口部
３ 機体
Ｚ 撮像光軸
４ 赤外撮像光学系
５ 光出射部
５ａ 先端面
６ 赤外照明系
７ 可視照明系
８ アイクリップ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Small animal pupil imaging device 2 Imaging opening 3 Machine body Z Imaging optical axis 4 Infrared imaging optical system 5 Light emitting part 5a Tip surface 6 Infrared illumination system 7 Visible illumination system 8 Eye clip
Claims (8)
先端に撮像用開口部が形成された機体に、撮像光軸を前記開口部に向けた赤外撮像光学系が内蔵され、
小動物の頭部に当接させた光出射部から赤外光を照射させ、頭部を透過させて眼球内に入射させる赤外照明系と、機体内部から前記撮像用開口部に向けて刺激光を照射する可視照明系とを備えると共に、
前記撮像用開口部には小動物の眼の周囲に押し当てて瞼を押えるアイクリップが配されたことを特徴とする小動物用瞳孔撮像装置。 A pupil imaging device for a small animal that images a pupil of a small animal to be examined,
An infrared imaging optical system in which an imaging optical axis is directed to the opening is built in the airframe having an imaging opening formed at the tip,
An infrared illumination system that irradiates infrared light from a light emitting unit that is in contact with the head of a small animal, transmits the head, and enters the eyeball, and stimulation light from the inside of the body toward the imaging opening And a visible illumination system that irradiates
A pupil imaging device for small animals, characterized in that an eye clip that presses against the eye of a small animal and presses the eyelid is disposed in the imaging opening.
The pupil imaging device for small animals according to claim 6, wherein the eye clip is arranged so as to be able to advance and retreat in the imaging optical axis direction together with the infrared imaging optical system.
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