JP5355220B2 - 眼底撮影装置 - Google Patents

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Description

本発明は、眼科医院で使用される眼底カメラ等の眼底撮影装置に関するものである。
従来から、集団健診によるスクリーニングや眼科疾患の診断を目的として眼底カメラによる眼底撮影が広く普及している。撮影された眼底画像はデジタルデータとして記録する方法が一般的であり、撮影データは可搬型の記録媒体やPC等に内蔵されたハードディスクドライブ等に記録される。
眼底カメラによる眼底撮影では、従来からカラー撮影に加え、被検者に蛍光造影剤を静注して行う蛍光撮影が行われてきた。しかし、近年の加齢性黄斑変性(AMD)患者数増加に伴い、新しい撮影方法として自発蛍光(FAF)撮影が注目されている。FAF撮影は初期にはレーザスキャン型検眼装置に搭載されたが、近年では眼底カメラにも応用され始めている。
FAF撮影では通常の蛍光撮影と異なり、被検者に蛍光造影剤を静注せずに撮影を行う。AMD患者の網膜色素上皮には、リポフスチンという蛍光物質が沈着することが知られており、FAF撮影によりこのリポフスチンの発する蛍光を撮影することで、AMD特有の病変を捉えるものである。
しかし、リポフスチンによる眼底網膜上の蛍光は極めて微弱なものであり、従来の撮影フィルムやデジタル撮像素子では1回の撮影で臨床に耐え得るFAF画像を得ることは困難である。そのため、FAF撮影を複数回実施し、その結果として得られる複数枚のFAF画像を加算合成することで、より良好な画質のFAF画像を得ようとするものも存在している。
ところで、複数枚の眼底画像を加算合成しようとする場合に、被検者の固視不十分や固視微動によって各眼底画像間には若干の位置ずれが生じて、良好に加算合成できないことがある。そのため、眼底画像の加算合成においては、特許文献1のように画像間の位置ずれを調整した上で合成することが必須の条件となっている。
特開2007−252707号公報
前述したように、AMD患者に見られる眼底網膜上の蛍光は極めて微弱であり、FAF撮影時では撮像素子を大幅に増感して撮影を行う必要がある。しかし、このように増感撮影を行ったFAF画像はノイズ成分が多く、本来のFAF画像が大量のノイズ成分に埋もれてしまうことになる。
従来方式のように、画像から特徴的な高周波成分を抽出する方法では、このノイズ成分を特徴的な領域として誤認識してしまうことがあり、結果として正しい位置ずれの補正が行えないことがある。更に、画像全体から特徴領域を探索することは、それ自体非常に負荷の大きい処理であり、位置ずれ補正に時間がかかるという問題もある。
本発明の目的は、このような課題を解決し、眼底撮影時の撮影条件を用いて位置ずれ補正に用いる領域を一意的に決定することで、高速かつ高精度な位置ずれ補正が可能な眼底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底撮影装置は、被検眼の眼底を照明するための光源と、該光源からの光を眼底に導く照明手段と、眼底を撮像するための撮像手段と、眼底で反射した眼底像を前記撮像手段に導く撮影光学系と、該撮影光学系の結像倍率を出力する結像倍率出力手段と、被検眼との位置関係から左右眼を判別する左右眼検出手段と、眼底に固視目標を注視させるための固視目標提示手段と、該固視目標提示手段の提示位置を検出する固視目標提示位置検出手段と、前記結像倍率出力手段と前記左右眼検出手段と前記固視目標提示位置検出手段とからの出力に基づいて眼底像の特定位置を検出する眼底位置検出手段と、該眼底位置検出手段の出力を基に眼底像をマッチングするための領域を決定するマッチング領域決定手段と、該マッチング領域決定手段により決定されたマッチング領域に基づいて前記撮像手段により撮像された複数の眼底像間の相関値を算出する相関値算出手段とを備えたことを特徴とする。
本発明に係る眼底撮影装置によれば、FAF画像のようにノイズ成分が多い画像であっても、眼底上の特徴的な部位をマッチング領域として決定することができ、高速かつ高精度に位置ずれを補正することが可能になる。
実施例における眼底撮影装置の構成図である。 LED光源で構成される固視灯の正面図である。 固視灯の提示位置を変更する操作部の正面図である。 複数枚のFAF画像を撮影する手順のフローチャート図である。 マッチング領域を決定する手順のフローチャート図である。 撮影画像とマッチング領域の説明図である。 複数枚のFAF画像を加算合成する手順のフローチャート図である。 基準画像のマッチング領域の説明図である。 マッチング対象画像のマッチング領域の説明図である。 位置合わせ前の基準画像とマッチング対象画像の差分の説明図である。 位置合わせ後の基準画像とマッチング対象画像の差分の説明図である。
本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
図1は本実施例の装置構成図を示し、被検眼Eの前方に配置するヘッド部10と、このヘッド部10を載置したステージ部20と、ヘッド部10、ステージ部20と電気的に接続した画像処理部30とから成っている。
ヘッド部10においては、被検眼Eの前方には対物レンズ11、孔あきミラー12、撮影レンズ13、撮影時に撮影光路から退避する跳ね上げミラー14、撮像素子15が配列され、撮影光学系が構成されている。この撮影光学系においては、被検眼Eの眼底Erを反射した光が対物レンズ11を経由し、孔あきミラー12の孔を通過した後に、撮影レンズ13を通して撮像素子15に結像するよう構成されている。
また、跳ね上げミラー14の入射方向には固視灯16が設けられている。図2は固視灯16の正面図であり、多数個のLEDが格子状に配列されており、1個のLEDを点灯することにより、被検眼Eの視線をその方向に誘導できるようにされている。固視灯16は固視灯制御部17に接続されており、被検眼Eに固視目標を投影する位置を任意に変更できるようにされている。固視灯16は眼底Erと共役な位置に配置され、跳ね上げミラー14、撮影レンズ13、孔あきミラー12、対物レンズ11を通して被検眼Eの眼底Er上に固視目標を投影するようにされている。
更に、孔あきミラー12の入射方向には、照明用レンズ19、照明用光源18が配列され、照明光学系が構成されている。この照明光学系においては、照明用光源18から発した光が照明用レンズ19を経由し、孔あきミラー12で被検眼Eの方向に反射され、対物レンズ11を通して眼底Erを照明するようにされている。
ステージ部20には、操作レバー21と、固視灯操作スイッチ22と、操作レバー21上に撮影スイッチ23とが設けられている。また、ステージ部20には、結像倍率出力部24、固視目標提示位置検出部25、左右眼検出部26が内蔵されている。
操作レバー21はヘッド部10を作動させ被検者の左眼と右眼を切換えながら撮影可能になるようにされている。固視灯操作スイッチ22は図3に示すように、上移動スイッチ22a、下移動スイッチ22b、左移動スイッチ22c、右移動スイッチ22dを有し、固視灯16の提示位置を固視灯制御部17を介して上下左右に移動させることができる。ステージ部20において、結像倍率出力部24は撮影光学系の結像倍率を出力し、固視目標提示位置検出部25は固視灯16の投影位置を出力し、左右眼検出部26はステージ部20とヘッド部10との位置関係から被検眼Eが左眼であるか右眼であるかを判別する。
画像処理部30の眼底位置検出部31には、ステージ部20の結像倍率出力部24、固視目標提示位置検出部25、左右眼検出部26のそれぞれの出力が接続され、眼底位置検出部31の出力は画像記憶部32に接続されている。画像記憶部32にはヘッド部10の撮像素子15からの出力も接続され、画像記憶部32の出力は画像合成部34、相関値算出部35に接続されている。画像合成部34の出力は画像表示部36に接続されると共に、相関値算出部35を介してマッチング領域決定部33に接続されている。
画像記憶部32は撮像素子15で撮像された眼底画像を記憶、読み出し可能とされ、眼底位置検出部31により、撮影した被検眼画像内での視神経乳頭部、中大血管部、又は黄斑部の大まかな特定位置を検出できる。
マッチング領域決定部33は特定された視神経乳頭部、中大血管部、又は黄斑部の位置情報を基に、位置合わせのために必要となるマッチング領域を決定する。更に、マッチング領域決定部33は画像記憶部32に記憶されている複数枚の眼底像間の相関値を算出可能とされている。
そして、画像合成部34は相関値算出部35によって算出された画像間の相関値を基に、画像記憶部32に記憶されている複数枚の眼底像の位置合わせと合成が可能とし、画像表示部36は画像合成部34によって合成した眼底像を表示する。
図4は被検眼の位置合わせを行い、複数枚のFAF画像を撮影する際の手順のフローチャート図である。撮影者は被検者をステージ部20の前に着座させ、左右何れかの眼を撮影するかを決めた後に、操作レバー21を操作してヘッド部10を撮影すべき側の眼に移動させる(ステップS10)。
撮影者はステージ部20の固視灯操作スイッチ22を操作し、眼底Erに投影する固視灯16の投影位置を調整する(ステップS11)。或る時点で、固視灯16の位置LaのLEDが点灯状態にある場合に、撮影者が上移動スイッチ22aを操作すると、固視灯制御部17は位置LaのLEDを消灯させると共に位置LbのLEDを点灯させる。同様に、撮影者が右移動スイッチ22dを操作した場合に、固視灯制御部17は位置LaのLEDを消灯させると共に位置LcのLEDを点灯させる。このように固視灯16を構成するLEDを択一的に点灯させてゆくことで、被検者から見た固視灯16の提示位置を移動させることができる。
撮影者は被検者に対して固視灯16の提示位置を注視するように促すため、視神経が存在する眼底Erの黄斑部が固視灯16の投影位置に移動することにより、撮影者が意図した通りの眼底部位を撮影することが可能となる。
なお、ここでは撮影光学系内に配置されたLEDによる固視灯16を例に説明したが、LED以外の光源を用いてもよく、またLEDを格子状に配置して択一的に点灯させる構成ではなく、1個の光源自体を移動させるよう構成してもよい。
撮影者は眼底Erの位置合わせ及びフォーカスの調整を行い、撮影スイッチ23を操作することによって撮影を行う(ステップS12)。撮影者が撮影スイッチ23を操作すると、固視灯制御部17は跳ね上げミラー14を撮影光路から退避させ、眼底Erからの反射光が撮像素子15上に結像するように動作する。
撮像素子15に結像した眼底像は画像記憶部32に出力され、撮像素子15の撮像面有効サイズ及び画像ピクセル数と共に記憶される(ステップS13)。
ところで、FAF画像の撮影では非常に微弱な蛍光を撮像するため、1回の撮影で診断に耐え得る画質の画像を得ることが困難である。そのため、撮影者は続けて撮影を行うかどうかを判断する(ステップS14)。続けてFAF画像の撮影を行う場合には、撮影者は撮影スイッチ23を操作し、ステップS12から始まるFAF画像の撮影を継続する。一方、FAF画像の撮影を完了する場合に、撮影者は図示しない完了スイッチを操作し、ステップS15から始まる撮影完了処理に移行する。
撮影完了の場合は結像倍率出力部24は撮影光学系の結像倍率を出力する(ステップS15)。そして、ステージ部20とヘッド部10との位置関係から被検眼Eが左眼であるか右眼であるかを検出し出力する(ステップS16)。最後に、固視目標提示位置検出部25は固視灯制御部17の制御状態を基に固視灯16の提示位置の検出及び出力し撮影を完了する(ステップS17)。
図5は撮影した複数枚のFAF画像を合成する際に使用するマッチング領域を決定する手順のフローチャート図である。先ず、眼底位置検出部31は結像倍率出力部24、固視目標提示位置検出部25、及び左右眼検出部26からの出力を受け、眼底撮影時の結像倍率、固視目標提示位置、左右眼情報を取得する(ステップS20)。
次に、眼底位置検出部31は画像記憶部32に記憶されている撮像面有効サイズと画像ピクセル数を読み出し、撮像素子15上での単位長さが撮影画像上では、何ピクセルに相当するかを示す画素間隔を算出する(ステップS21)。
続いて、ステップS20で取得した結像倍率とステップS21で算出した画素間隔を乗ずることで、眼底Er上での単位長さが撮影画像上で何ピクセルに相当するかを示す眼底ピクセル比を算出する(ステップS22)。更に、眼底位置検出部31はステップS22で算出した眼底ピクセル比と、ステップS20で取得した固視目標提示位置から、固視目標提示位置を撮影画像上でのピクセル座標系に変換する。
前述したように、撮影者は被検者に固視目標提示位置を注視させた状態で撮影を行っている。人間の視界の中心は黄斑部の中央にある中心窩と呼ばれる部位であり、被検者が固視目標提示位置を注視している場合に、図6に示すように黄斑部Mは固視目標提示位置Lと重なる位置に存在する。そのため、固視目標提示位置Lのピクセル座標系への変換は、眼底Erの撮影画像上での黄斑部Mの位置を特定していることと同義である(ステップS23)。撮影画像上での黄斑部Mの位置を特定することで、次に視神経乳頭部Nの位置を特定することが可能になる。
一般に、眼底Er上での黄斑部Mと視神経乳頭部Nとの位置関係は、個人差が少ないとされている。具体的には、図6に示すように右眼であれば、黄斑部Mから見て約4mm右側、約1mm上方に視神経乳頭部Nが位置する。また、左眼であれば、黄斑部Mから見て約4mm左側、約1mm上方に視神経乳頭部Nが位置している。そのため、ステップS23で求めた黄斑部Mの位置に対し前述の位置関係と眼底ピクセル比を乗じたものを加算することで、撮影画像上での視神経乳頭部Nの位置を特定することができる(ステップS24)。
同様に、視神経乳頭部Nの上下約2mm、黄斑部Mの方向に約1mmの位置には、視神経乳頭部Nから伸びる中大血管部Vが位置している。そのため、ステップS24で求めた視神経乳頭部Nの位置に対し、前述の位置関係と眼底ピクセル比を乗じたものを加算することで、撮影画像上での中大血管部Vの位置を特定することもできる(ステップS25)。
上述の手順により、撮影画像上での黄斑部M、視神経乳頭部N、中大血管部Vのピクセル座標を特定することができる。眼底位置検出部31は特定した各部位の位置をマッチング領域決定部33に出力する。マッチング領域決定部33は一般に知られている黄斑部M、視神経乳頭部N、中大血管部Vの大きさと、眼底位置検出部31から入力した各部位の位置を基に、これらの部位を十分に包含できる大きさの領域をピクセル単位で求める。最後に、求めた領域をそれぞれ黄斑部マッチング領域Am、視神経乳頭部マッチング領域An、中大血管部マッチング領域Avとして決定する(ステップS26)。
図7は撮影した複数枚のFAF画像をステップS26で決定したマッチング領域を利用して合成、表示する手順のフローチャート図である。先ず、相関値算出部35は画像記憶部32に記憶されている複数のFAF画像の中から1枚を読み出し、その画像を基準画像として設定する(ステップS30)。
画像記憶部32に記憶されている複数のFAF画像の中から次の1枚を読み出し、マッチング対象画像として設定する(ステップS31)。次に、相関値算出部35はマッチング領域決定部33が決定したマッチング領域の1つを取得し、このマッチング領域に基づくマッチング処理を開始する(ステップS32)。
相関値算出部35は相関値算出に先ち、基準画像とマッチング対象画像の最小差分値を保持するための記憶領域を初期化し、この初期化処理で最小差分値が最大であることを示す値で初期化を行う。同時に、基準画像とマッチング対象画像に設定されているマッチング領域の相関値を保持するための記憶領域も初期化する。この初期化処理では、水平ずれなし、垂直ずれなし、回転ずれ0度、及び倍率差なしを示す値で初期化を行う(ステップS33)。
そして、相関値算出部35は基準画像とマッチング対象画像の双方から、マッチング領域に該当する部分を読み取り、双方のマッチング領域同士の画像差分値を算出する(ステップ34)。この画像差分値の算出方法としては、双方のマッチング領域から同一座標のピクセル値を取得し、そのピクセル値同士の差の絶対値を求め、求めた差の絶対値をマッチング領域全体で合計したものを画像差分値とする方法が一般的である。しかし、ピクセル値同士の差の絶対値ではなく、ピクセル値同士の差の二乗を用いてもよいし、他の手法を用いて画像差分値を算出してもよい。
次に、相関値算出部35はステップS34で求めた画像差分値と、記憶されている最小差分値との比較を行う(ステップS35)。画像差分値が最小差分値よりも小さいと判断された場合に、相関値算出部35は記憶されている最小差分値の値を画像差分値に上書きする。同時に、記憶されている相関値の値を基準画像に設定されているマッチング領域と、マッチング対象画像に設定されているマッチング領域との水平ずれ量、垂直ずれ量、回転ずれ量、及び倍率差を上書きする(ステップS36)。
一方、画像差分値が最小差分値よりも大きいと判断された場合に、相関値算出部35はそのままのマッチング終了判断処理に移行する(ステップS37)。相関値算出部35は予め定められた範囲内でマッチング対象画像のマッチング領域を水平方向、垂直方向、回転方向、拡大方向、及び縮小方向に一定幅でずらしながら、基準画像のマッチング対象画像との画像差分値を算出する。
定められた範囲内でのマッチング処理が全て完了していない場合に、相関値算出部35はマッチング対象画像のマッチング領域を一定幅ずらした後に、ステップS34から始まるマッチング処理を継続する(ステップS38)。一方、定められた範囲内でのマッチング処理が全て完了した場合に、相関値算出部35はその時点で記憶されている相関値を、現在のマッチング領域における相関値として決定する(ステップS39)。
図8〜図11はこの様子を示し、図8は基準画像の中大血管部Vaを含むマッチング領域を示したものであり、図9はマッチング対象画像の中大血管部Vbを含む初期マッチング領域を示している。被検者はマッチング対象画像を撮影する際に、固視が若干ずれてしまっているため、図8に示す基準画像のマッチング領域と、図9に示すマッチング対象画像の初期マッチング領域にはずれが生じている。
この状態で画像差分値を算出すると、図10に示すように互いの中大血管部Va及びVbが大きな差分値として検出されるため、この状態で相関値が決定することはない。その後に、マッチング対象画像のマッチング領域を右方向かつ上方向にずらしながらマッチング処理を繰り返すと、図11の状態になる。この状態で画像差分値を算出すると、中大血管部Va及びVbが互いのピクセル値を打ち消すように働くため、非常に小さい差分値が検出される。
以後は、マッチング対象画像のマッチング領域の移動量、回転量、拡大量、縮小量によるこれ以上小さな画像差分値が検出されなかった場合に、最終的に図11の状態のように右方向移動量、上方向移動量が、相関値として確定することになる。ここまでの手順で、1つのマッチング領域における相関値の算出が完了する。
マッチング領域決定部33が複数のマッチング領域を決定した場合に、それら全てのマッチング領域の相関値が求まるまで、ステップS32から始まる同様の処理を繰り返す(ステップS40)。
以上の手順で、全てのマッチング領域における相関値が求まると、相関値算出部35は基準画像とマッチング対象画像の最終的な相関値、即ち二画像間のずれ量を算出し画像合成部34に出力する(ステップS41)。
ここでは、複数のマッチング領域毎に別個の相関値を算出しているが、これらの相関値の平均値を最終的な相関値としてもよいし、中央値や最頻出値を最終的な相関値としてもよい。そして、画像合成部34はステップS41で出力された相関値を基に、マッチング対象画像全体を水平方向、垂直方向、回転方向、拡大方向、及び縮小方向にずらし、基準画像と加算合成する(ステップS42)。
画像記憶領域に記憶されているFAF画像が3枚以上ある場合に、それら全ての画像について基準画像との相関値算出、加算合成が完了するまで、ステップS31から始まる同様の処理を繰り返す(ステップS43)。撮影した全てのFAF画像の相関値算出、加算合成が完了すると、画像合成部34は画像表示部36に合成した画像を表示する(ステップS44)。
このように、本実施例に係る眼底撮影装置によれば、眼底撮影時の撮影条件を基に眼底位置を特定し、画像間のマッチングに適したマッチング領域を決定できる。そのため、FAF画像のようにノイズ成分が多い画像であっても、眼底Er上の特徴的な部位をマッチング領域として決定することができ、高速かつ高精度に位置ずれを補正することが可能になる。
なお本実施例では、マッチング領域として黄斑部M、視神経乳頭部N、及び中大血管部Vを含むように構成している。これは、上述した部位が眼底Erの中でも特に高周波成分等の特徴成分を多く含む部位であり、周辺部位との輝度差も大きくマッチングに適した特徴的な形状を備えるためである。しかし必要であれば、これらの部位以外をマッチング領域に含むように構成してもよい。
更に、実施例中ではFAF画像の加算合成を行う装置として構成しているが、ステレオ撮影時の位置合わせや、パノラマ撮影時の張り合わせ位置特定など、撮影した複数の眼底画像の位置合わせを行う全ての用途に応用可能であることは云うまでもない。
10 ヘッド部
14 跳ね上げミラー
15 撮像素子
16 固視灯
18 照明用光源
20 ステージ部
21 操作レバー
22 固視灯操作スイッチ
23 撮影スイッチ
24 結像倍率出力部
25 固視目標提示位置検出部
26 左右眼検出部
30 画像処理部
31 眼底位置検出部
32 画像記憶部
33 マッチング領域決定部
34 画像合成部
35 相関値算出部
36 画像表示部

Claims (7)

  1. 被検眼の眼底を照明するための光源と、該光源からの光を眼底に導く照明手段と、眼底を撮像するための撮像手段と、眼底で反射した眼底像を前記撮像手段に導く撮影光学系と、該撮影光学系の結像倍率を出力する結像倍率出力手段と、被検眼との位置関係から左右眼を判別する左右眼検出手段と、眼底に固視目標を注視させるための固視目標提示手段と、該固視目標提示手段の提示位置を検出する固視目標提示位置検出手段と、前記結像倍率出力手段と前記左右眼検出手段と前記固視目標提示位置検出手段とからの出力に基づいて眼底像の特定位置を検出する眼底位置検出手段と、該眼底位置検出手段の出力を基に眼底像をマッチングするための領域を決定するマッチング領域決定手段と、該マッチング領域決定手段により決定されたマッチング領域に基づいて前記撮像手段により撮像された複数の眼底像間の相関値を算出する相関値算出手段とを備えたことを特徴とする眼底撮影装置。
  2. 前記眼底位置検出手段は前記固視目標提示位置検出手段と前記左右眼検出手段の出力を基に、眼底の視神経乳頭部又は黄斑部又は中大血管部を特定することを特徴とする請求項1に記載の眼底撮影装置。
  3. 前記マッチング領域決定手段は眼底の視神経乳頭部又は中大血管部を含む領域を決定することを特徴とする請求項1に記載の眼底撮影装置。
  4. 前記相関値算出手段により算出される相関値は、水平方向の移動量、垂直方向の移動量、回転方向の回転量、拡大方向の拡大量の少なくとも1つであることを特徴とする請求項1に記載の眼底撮影装置。
  5. 前記マッチング領域決定手段は複数のマッチング領域を決定すると共に、前記相関値算出手段は前記複数のマッチング領域に基づいて前記眼底像間の相関値を算出することを特徴とする請求項1に記載の眼底撮影装置。
  6. 前記相関値算出手段は前記複数のマッチング領域毎に前記眼底像間の複数の相関値を算出可能であることを特徴とする請求項5に記載の眼底撮影装置。
  7. 前記相関値算出手段は算出した前記複数の相関値の平均値又は中央値又は最頻出値を相関値として出力することを特徴する請求項6に記載の眼底撮影装置。
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