JP5570195B2

JP5570195B2 - Ｏｃｔ装置

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Publication number: JP5570195B2
Application number: JP2009277933A
Authority: JP
Inventors: 潤平西山; 晃一伊藤; 俊文角谷; 紹生楠城
Original assignee: Nidek Co Ltd
Current assignee: Nidek Co Ltd
Priority date: 2009-12-07
Filing date: 2009-12-07
Publication date: 2014-08-13
Anticipated expiration: 2029-12-07
Also published as: JP2011115507A

Description

本発明は、被検眼眼底の断層画像を取得するＯＣＴ装置に関する。

刺激光による網膜刺激前後の眼底断層像をＯＣＴ（Optical Coherence Tomography）光学系で取得し、これらの断層画像を演算処理して網膜の内因性信号を抽出し、網膜機能を計測する装置が知られている（特許文献１参照）。

特開２００７−２０２９５２号公報

しかしながら、覚醒下では、被検眼の眼球運動が生じるため、計測対象以外の部位を評価してしまう可能性がある。また、光刺激により惹起される網膜内因性信号の経時変化を精度良く検出するには、眼底上の同じ断層部位を所定時間（例えば、約１０秒間）連続的に計測し続ける必要がある。

本発明は、上記問題点を鑑み、眼球回旋を考慮して走査位置のずれを検出できる、又は眼球回旋による走査位置のずれを補正できるＯＣＴ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）光源から出射された光を測定光と参照光に分け、測定光を被検眼眼底に導き，参照光を参照光学系に導いた後、眼底で反射した測定光と参照光との合成により得られる干渉光を受光素子に受光させる干渉光学系と、
前記干渉光学系の光路中に配置され，被検眼眼底上で横断方向に前記測定光を走査させるために前記測定光の進行方向を変える光スキャナと、
を備え、前記受光素子からの信号に基づいて被検眼の眼底断層画像を取得するＯＣＴ装置において、
被検眼の眼底正面画像を撮像する眼底撮像光学系を有し、予め取得された眼底正面画像に対し複数のテンプレート画像を設定し、前記複数のテンプレート画像を用いて、前記眼底撮像光学系によって取得された眼底正面画像である計測画像に対してテンプレートマッチングを行うことによって、被検眼眼底の回転運動による前記測定光の眼底上の走査位置のずれを検出する位置ずれ検出手段と、
該位置ずれ検出手段から出力される検出信号に基づいて前記光スキャナの駆動を制御し、前記回転運動による前記測定光の眼底上の走査位置のずれを補正する走査位置補正手段と、
を備えることを特徴とするＯＣＴ装置。
（２）（１）のＯＣＴ装置において、
前記位置ずれ検出手段は、前記複数のテンプレート画像として、少なくとも３つ以上のテンプレート画像を設定することを特徴とする。
（３）（１）のＯＣＴ装置において、
前記位置ずれ検出手段は、前記複数のテンプレート画像として、少なくとも４つ以上のテンプレート画像を同心円状に配置したことを特徴とする。
（４）光源から出射された光を測定光と参照光に分け、測定光を被検眼眼底に導き，参照光を参照光学系に導いた後、眼底で反射した測定光と参照光との合成により得られる干渉光を受光素子に受光させる干渉光学系と、
前記干渉光学系の光路中に配置され，被検眼眼底上で横断方向に前記測定光を走査させるために前記測定光の進行方向を変える光スキャナと、
を備え、前記受光素子からの信号に基づいて被検眼の眼底断層画像を取得するＯＣＴ装置において、
被検眼の眼底正面画像を撮像する眼底撮像光学系を有し、予め取得された眼底正面画像に対し複数のテンプレート画像を設定し、前記複数のテンプレート画像を用いて、前記眼底撮像光学系によって取得された眼底正面画像である計測画像に対してテンプレートマッチングを行うことによって、被検眼眼底の回転運動による前記測定光の眼底上の走査位置のずれを検出する位置ずれ検出手段を備えることを特徴とする。

本発明によれば、眼球回旋を考慮して走査位置のずれを検出できる、又は眼球回旋による走査位置のずれを補正できる。

本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本実施形態に係る網膜機能計測装置の光学系を示す概略構成図である。

図１において、本装置の光学系は、被検者眼Ｅの網膜領域を照明する観察照明光学系１０と、観察照明光学系１０によって照明された網膜領域からの反射光を受光して眼底画像を得るための受光光学系（眼底観察光学系）２０と、被検者眼の網膜領域に可視刺激光を照射して網膜を刺激するための刺激光照射光学系３０と、被検者眼を固視させるための固視光学系４０と、眼Ｅの網膜領域における断層画像を撮影するための干渉光学系（ＯＣＴ光学系）２００と、に大別される。

観察照明光学系１０は、ハロゲンランプ等の観察光源１１、例えば波長８００ｎｍ〜９００ｎｍの赤外光を透過する赤外フィルタ１２、集光レンズ１３、赤外光を反射し可視光を透過する特性を持つダイクロイックミラー１４、リング状の開口を有するリングスリット１５、投光レンズ１６、孔あきミラー１７、対物レンズ１８を含む。なお、リングスリット１５及び孔あきミラー１７は、被検者眼Ｅの瞳孔と略共役な位置に配置されている。観察光源１１から発せられた観察用照明光は、赤外フィルタ１２により赤外光束とされ、集光レンズ１３にて集光されたのち、ダイクロイックミラー１４により反射されてリングスリット１５を照明する。リングスリット１５を透過した光は、投光レンズ１６を介して孔あきミラー１７に達する。孔あきミラー１７のミラー部分で反射された光の大部分は、ダイクロイックミラー６０及び対物レンズ１８を介して、被検者眼Ｅの瞳孔付近で一旦収束された後、拡散されて被検者眼Ｅの網膜の所定領域を連続的に照明する。

刺激光照射光学系３０は、網膜領域に刺激を与えるための可視フラッシュ光を発光する刺激用光源３１（例えば、フラッシュランプ、可視ＬＥＤ、等）、集光レンズ３３、観察照明光学系１０と光路を共用するリングスリット１５〜対物レンズ１８までの光学系を含む。刺激用光源は、可視フラッシュ光を単発またはフリッカー状に照射可能である。ここで、刺激用光源で発光した可視フラッシュ光は、集光レンズ３３、ダイクロイックミラー１４を介して、観察用照明光と同様の光路を経て被検者眼Ｅの網膜領域に照射される。

受光光学系２０は、対物レンズ１８、光軸方向に移動可能なフォーカシングレンズ２１、結像レンズ２２、二次元受光素子２３（例えば、二次元ＣＣＤセンサ）を含む。フォーカシングレンズ２１は、駆動機構５０の駆動により光軸方向に移動する。観察光源１１によって照明された網膜領域からの反射光は、対物レンズ１８、ダイクロイックミラー６０を介して孔あきミラー１７の前で一旦集光されたのち、孔あきミラー１７の開口を通過する。そして、孔あきミラー１７の開口（ホール部）を通過した反射光は、フォーカシングレンズ２１を介して、結像レンズ２２によって集光された後、二次元受光素子２３上に結像される。受光光学系２０は、被検眼眼底で反射した光束を二次元撮像素子により受光して被検眼の眼底正面画像を撮影する眼底カメラ光学系を形成する。

固視光学系４０は、可視光を発光する固視光源４１、ピンホール（または固視用チャート）４２、可視光を反射し赤外光を透過する特性を有するダイクロイックミラー２９を持ち、ダイクロイックミラー２９〜対物レンズ１８までの光路を受光光学系２０と共用する。ピンホール４２は、被検者眼Ｅの網膜の観察点（撮影点）と略共役な位置に配置される。固視光源４１を発した光は、ピンホール４２を通り、ダイクロイックミラー２９にて反射された後、網膜からの反射光とは逆方向の光路を経て（結像レンズ２２〜対物レンズ１８）被検者眼の網膜上で結像する。

ダイクロイックミラー６０は、受光光学系２０の光路とＯＣＴ光学系２００の光路を分割する光分割部材として用いられ、ＯＣＴ光学系２００に用いられる測定光源２７から発せられる測定光（例えば、λ＝１０００〜１１００ｎｍ）を反射し、他の光を透過する特性を有する。すなわち、干渉光学系２００と受光光学系２０は、断層画像の取得に用いる測定光（第１の光束）と、眼底正面画像の取得に用いる照明光（第２の光束）と、が互いに異なる波長帯域となるように形成されている。これにより、測定光と照明光の干渉が回避され、網膜断層像と眼底正面像をそれぞれ好適に計測できる。なお、ダイクロイックミラー６０について、波長８００ｎｍ〜９００ｎｍの赤外光を透過する特性（赤外フィルタ１２の代わり）と可視光を透過する特性とを持たせるようにしてもよい。また、干渉光学系２００と受光光学系２０とが同じ波長帯域を用いる場合もありうる。この場合、ダイクロイックミラー６０の代わりにハーフミラーを用いればよい。

次に、ダイクロイックミラー６０の反射側に設けられたＯＣＴ光学系２００の構成について説明する。干渉光学系２００は、光源から出射された光束を測定光束と参照光束に分け、測定光束を被検眼眼底に導き，参照光束を参照光学系に導いた後、眼底で反射した測定光束と参照光束との合成により得られる干渉光を受光素子に受光させる。

２７はＯＣＴ光学系２００の測定光及び参照光として用いられる低コヒーレントな光を発するＯＣＴ光源であり、例えばＳＬＤ光源等が用いられる。ＯＣＴ光源２７には、例えば、中心波長１０５０ｎｍで５０ｎｍの帯域を持つ光源が用いられる。２６は光分割部材と光結合部材としての役割を兼用するファイバーカップラー（ビームスプリッタ）である。ＯＣＴ光源２７から発せられた光は、導光路としての光ファイバ６７を介して、ファイバーカップラー２６によって参照光と測定光とに分割される。測定光は光ファイバ６４を介して被検眼Ｅへと向かい、参照光は光ファイバ６５を介して参照ミラー２８へと向かう。

測定光を被検眼Ｅへ向けて出射する光路には、測定光を出射する光ファイバ６４、被検眼の屈折誤差に合わせて光軸方向に移動可能なフォーカシングレンズ６３、走査駆動機構５１の駆動により眼底上でＸＹ方向に測定光を走査させることが可能な２つのガルバノミラーの組み合せからなる走査部６２と、リレーレンズ６１が配置されている。ダイクロイックミラー６０及び対物レンズ１８は、ＯＣＴ光学系２００からのＯＣＴ測定光を被検眼眼底へと導光する導光光学系としての役割を有する。なお、本実施形態の走査部６２では、２つのガルバノミラーによって測定光の反射角度を任意に調整することにより、眼底上に走査させる測定光の走査方向を任意に設定できるような構成となっている。よって、被検眼眼底の任意の領域の断層画像を得ることが可能となる。なお、光ファイバ６４の端部は、被検眼眼底と共役となるように配置される。また、走査部６２の２つのガルバノミラーは、被検眼瞳孔と略共役な位置に配置される。

上記ガルバノミラー及び走査駆動機構５１は、干渉光学系２００の光路中に配置され，被検眼眼底上で横断方向（ＸＹ方向）に測定光束を走査させるために測定光束の進行方向を変える光スキャナ（光走査部）として用いられる。光スキャナには、ミラーの他、光の進行（偏向）方向を変化させる音響光学素子（ＡＯＭ）等が用いられる。

光ファイバ６４から出射した測定光は、フォーカシングレンズ６３を介して、走査部６２に達し、２つのガルバノミラーの駆動により反射方向が変えられる。そして、走査部６２で反射された測定光は、リレーレンズ６１を介して、ダイクロイックミラー６０で反射された後、対物レンズ１８を介して、被検眼眼底に集光される。

そして、眼底で反射した測定光は、対物レンズ１８を介して、ダイクロイックミラー６０で反射し、ＯＣＴ光学系２００に向かい、リレーレンズ６１、走査部６２の２つのガルバノミラー、フォーカシングレンズ６３を介して、光ファイバ６４の端部に入射する。光ファイバ６３に入射した測定光は、ファイバーカップラー２６、光ファイバ６６を介して、光ファイバ６６の端部に達する。

一方、参照光を参照ミラー２８に向けて出射する光路には、参照光を出射する光ファイバ６５、コリメータレンズ２５、参照ミラー２８が配置されている。参照ミラー２８は、参照光の光路長を変化させるべく、参照ミラー駆動機構５２により光軸方向に移動可能な構成となっている。なお、上記参照光学系は、上記反射型に限るものではなく、透過型の光学系であってもよい。

光ファイバー６５の端部から出射した参照光は、コリメータレンズ２５で平行光束とされ、参照ミラー２８で反射された後、コリメータレンズ２５により集光されて光ファイバ６５の端部に入射する。光ファイバー６５に入射した参照光は、ファイバーカップラー２６に達する。

そして、光源２７から発せられた光によって前述のように生成される参照光と被検眼眼底に照射された測定光による眼底反射光は、ファイバーカップラー２６にて合成され干渉光とされた後、光ファイバ６６の端部から出射される。８００は周波数毎の干渉信号を得るために干渉光を周波数成分に分光する分光光学系８００（スペクトロメータ部）であり、コリメータレンズ８０、グレーティングミラー（回折格子）８１、集光レンズ８２、受光素子８３にて構成されている。受光素子８３は、ＯＣＴ光源の波長帯域に感度を有する一次元素子（ラインセンサ）を用いている。

ここで、光ファイバ６６の端部から出射された干渉光は、コリメータレンズ８０にて平行光とされた後、グレーティング８１にて周波数成分に分光される。そして、周波数成分に分光された干渉光は、集光レンズ８２を介して、受光素子８３の受光面に集光する。これにより、受光素子８３上で干渉縞のスペクトル情報が記録される。そして、そのスペクトル情報が制御部７０へと入力され、フーリエ変換を用いて解析することで、被験者眼の深さ方向における情報（Ａスキャン信号）が計測可能となる。ここで、制御部７０は、走査部６２により測定光を眼底上で所定の横断方向に走査することにより断層画像を取得できる。すなわち、ＸＹ方向に走査することにより、ＸＹ平面におけるＺ方向の断層画像を取得できる（なお、本実施形態においては、このように測定光を眼底に対して１次元走査し、断層画像を得る方式をＢスキャンとする）。なお、取得された断層画像は、制御部７０に接続されたメモリ７２に記憶される。さらに、測定光をＸＹ方向に２次元的に走査することにより、被検眼眼底の３次元画像を取得することも可能である。なお、本実施形態におけるＯＣＴ画像の取得は、走査部６２に設けられた２つのガルバノミラーによって行われる。なお、上記説明においては、ＳＤ−ＯＣＴを例に挙げたが、これに限るものではなく、もちろん、ＳＳ―ＯＣＴ（swept source OCT）、ＴＤ−ＯＣＴ（Time domain OCT）でも良い。

制御部７０は装置全体の制御を行う。制御部７０には、観察光源１１、刺激用光源３１、固視光源４１、フォーカス駆動機構５０、撮像素子２３、走査駆動機構５１、参照ミラー駆動機構５２、フォーカシングレンズ６３を光軸方向に移動させるための第１駆動機構６３ａ、受光素子８３、メモリ（記憶部）７２、コントロール部７４が接続されている。なお、制御部７０は、被検者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としての機能も有する。７５はモニタであり、制御部７０により表示制御される。メモリ７２は種々の情報を記憶しておくためのものである。コントロール部７４は各種入力操作を行うためのものである。例えば、コントロール部７４には、マウスが接続される。

ここで、制御部７０は、受光素子８３から出力される受光信号に基づいて画像処理により眼底断層像を形成させると共に、撮像素子２３から出力される撮像信号に基づいて画像処理により眼底正面像を形成させる（図２参照）。また、断層画像の取得と眼底正面像の取得は、同時並行で行われる。なお、撮像素子２３のフレームレートは、断層画像を取得する際のフレームレートに合わせて設定される。例えば、３０ｆｐｓ〜５０ｆｐｓに設定される。

また、制御部７０は、干渉光学系２００、ガルバノミラー及び走査駆動機構５１、刺激光照射光学系３０を制御し、被検眼眼底のある走査範囲を連続的に走査し、受光素子８３からの信号に基づいて網膜刺激前後の眼底断層像を所定時間連続的に取得する。

＜走査位置の設定＞
まず、検者は、図示無きジョイスティックを用いて、モニタ７５上に正面像Ｇｆが表示されるようにアライメントを行う。次に、検者は、正面像Ｇｆ上に電子的に表示されたスキャンラインＳＬを移動させ、測定光の走査位置を設定する（図２（ａ）参照）。なお、測定光の走査位置とガルバノミラーの駆動位置は、予め対応付けがなされている。

図３は、断層画像の計測、眼球追尾の流れの具体例を示す図である。図４は、テンプレートマッチングについて説明する図である。

＜テンプレートマッチングのための準備＞
検者は、モニタ７５上の正面像Ｇｆを見て、矩形のグラフィックを移動させ、パターンマッチングが可能な特徴的領域（例えば、乳頭、血管）を少なくとも１つ以上選択する（図４（ａ）参照）。なお、初期設定として、制御部７０は、正面像に含まれる乳頭部を画像処理により自動検出し、乳頭部近傍の画像領域が自動的に特徴的部位として設定されるようにしてもよい。

＜画像取得開始とテンプレート画像の登録＞
そして、撮影開始のトリガ信号が発せられると、制御部７０は、設定された走査位置情報（スキャンラインＳＬ参照）に基づいてガルバノミラーを駆動させ、受光素子８３からの受光信号に基づいて断層画像を取得し、メモリ７２に記憶する。

また、制御部７０は、撮像素子２３から出力された計測開始時の１画像（第１の正面像）を基準画像として登録すると共に、特徴的領域として選択された少なくとも１つ以上の画像領域をテンプレート画像（Ｂ１〜Ｂ４）として登録する（図４（ａ）参照）。この場合、画像Ｂ１〜Ｂ４の中心座標（図中の小円参照）が算出され、各中心座標を中心とする所定の画像領域がテンプレートとなる。そして、撮像素子２３からの出力画像に対するテンプレートマッチングに用いられる。

このとき、制御部７０は、テンプレートマッチングを行う際の検索範囲として、画像Ｂ１〜Ｂ４の中心座標を中心に検索領域Ｓ１〜Ｓ４を設定する。なお、検索領域Ｓ１〜Ｓ４は、画像Ｂ１〜Ｂ４より広い範囲を持ち１フレーム分の画像取得中における固視微動による眼の平均的な移動範囲と同程度（又はこれ以上）の大きさに設定される。

＜テンプレートマッチング＞
その後、制御部７０は、前述の各テンプレート画像（Ｂ１〜Ｂ４）を用いて随時取得される計測画像に対してテンプレートマッチングを行い、計測画像におけるテンプレート画像の座標位置に基づいて走査位置のずれを検出する。

より具体的には、制御部７０は、最初のフレームの断層画像が取得されると、さらに、ガルバノミラーを駆動させ次のフレームの断層画像（第２の断層画像）の取得を開始する。また、次のフレームの計測画像（第２の眼底正面像）が取得されると、決定されたテンプレート画像と計測画像においてテンプレートマッチング（基準画像、計測画像間の相互相関解析による評価）を行う（図４（ｂ）参照）。なお、テンプレートマッチングにおける評価関数は、類似度を示すＳＳＤ（Sum of Squared Difference）や相違度を示すＳＡＤ（Sum of Absolute Difference）などを評価関数として用いてもよい。

制御部７０は、その計測画像データにおいて前述の検索領域Ｓ１〜Ｓ４（図４（ａ）参照）内で画像Ｂ１〜Ｂ４を水平／垂直／回転移動させ、相関値が最大となる箇所を検出する。そして、制御部７０は、各テンプレート画像Ｂ１〜Ｂ４に関して、相関値が最大となる箇所を中心座標位置として得る（図４（ｂ）参照）。そして、制御部７０は、基準画像と計測画像において、画像Ｂ１〜Ｂ４の中心座標位置の移動情報（例えば、移動方向、移動量）をそれぞれ算出し、この平均を眼球移動情報ΔＰとして得る。

＜次の走査位置の設定＞
次に、制御部７０は、上記のようにして検出された位置ずれ検出信号（眼球移動情報ΔＰ）に基づいて次のフレームの断層画像（第３の断層画像）を取得する際の測定光の走査位置を予め設定しておく。より具体的には、制御部７０は、算出された眼球移動情報ΔＰに基づき、基準画像に対し設定された走査の始点と終点（スキャンラインＳＬ参照）を補正する。この場合、基準画像における走査の始点と終点のそれぞれに移動情報ΔＰを加えた走査位置が補正位置として設定される。

また、基準画像での検索領域Ｓ１〜Ｓ４に移動情報ΔＰを加えた領域が次のフレームの検索領域として再設定される。この場合、計測画像における各画像Ｂ１〜Ｂ４の中心座標位置に基づいて検索領域Ｓ１〜Ｓ４を補正し、次のフレームの検索領域として再設定してもよい。

＜補正された走査位置情報を用いた断層画像の取得＞
そして、次のフレームの断層画像（第３の断層画像）を取得する場合、上記のように補正された走査位置情報に基づいてガルバノミラーを駆動して断層画像を得る。この場合、上記のように補正された始点位置に基づいてガルバノミラー駆動信号が出力され、網膜に対する測定光の走査が開始する。そして、眼底上に設定されたある走査範囲を測定光が走査し、補正された終点位置にて測定光の走査が終了する。そして、断層画像をメモリ７２に記憶する。これにより、被検眼の微動による眼底上における走査位置のずれが補正される。

＜リアルタイム追跡＞
また、制御部７０は、さらに、次のフレームの計測画像（第３の眼底正面像）が取得されると、再設定された各検索領域Ｓ１〜Ｓ４内で第３の眼底正面像に対するテンプレートマッチングを行い、前述と同様に、眼球移動情報ΔＰを得る。そして、その眼球移動情報ΔＰに基づき、さらに次のフレームの断層画像（第４の断層画像）を取得する際の走査の始点と終点を補正する。その後、制御部７０は、補正された走査位置に基づいてガルバノミラーを駆動して第４の断層画像を得る。そして、メモリ７２に断層画像を記憶する。

上記のように、制御部７０は、画像処理によるテンプレートマッチング、スキャンラインの決定を逐次行うことにより、測定光の眼球追尾（トラッキング）を行う。すなわち、制御部７０は、所定のフレームレートにて撮像素子２３からの出力信号に基づいて眼底正面画像を随時取得し、随時取得される計測画像と基準画像とを比較して眼球移動情報ΔＰ（走査位置のずれ情報）を検出する。そして、検出された眼球移動情報ΔＰに基づいて測定光の走査位置を随時補正し、補正された走査位置に基づいて断層画像を得る（アクティブトラッキング）。また、随時取得される正面像における各テンプレート画像Ｂ１〜Ｂ４の座標位置に基づいてテンプレートマッチングを行う際の検索領域を随時更新する。

なお、上記アクティブトラッキングのとき、制御部７０は、光源３１を制御し、予め設定された条件（例えば、単発のフラッシュ光、フリッカ状の光、等）にて被検眼に刺激光を照射し、眼Ｅの網膜を刺激する。これにより、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。

＜内因性信号の抽出＞
上記のようにして所定時間内における断層画像の連続取得が完了したら、そして、制御部７０は、メモリ７２に記憶された断層画像の明るさ（輝度）の変化を各画素に求める。明るさの変化は、差分や比などを求めることによって得られる。このように断層画像の輝度値の変化を算出することで、内因性信号が抽出される。そして、制御部７０は、明るさの変化情報を各画素に対応させてモニタ７５に表示する。

例えば、制御部７０は、網膜刺激前の所定時間内（例えば、２秒）に取得された複数枚の断層画像を加算平均させた加算平均画像と、網膜刺激後の所定時間内（例えば、刺激後８秒間）に取得された複数枚の断層画像を加算平均させた加算平均画像と、の明るさの変化情報を求めるようにしてもよい。なお、刺激前と刺激後の断層画像の枚数が同じの場合には、加算平均画像ではなく、加算画像でもよい。

また、制御部７０は、経時的に取得される断層画像におけるある部位での輝度値の時間変化を算出し、算出結果を表示するようにしてもよい（例えば、グラフ、表、等）。時間変化を求める輝度値としては、例えば、視細胞層などある網膜層に対応する各輝度値の平均値、網膜上の微小領域における輝度値、などが挙げられる。

以上示したように、高速で運動する眼球を動画像処理によりリアルタイムで捉え、瞬時にガルバノミラーにフィードバックさせることにより、眼球運動が生じた場合でも、常に同一部位の断層画像を計測できる。

これにより、眼底の同一部位における断層画像を所定時間連続的に計測できるため、深さ方向における網膜の内因性信号を好適に検出できる。

以下に、眼球回旋を考慮して走査位置のずれを検出する算出手法について説明する。第１の手法としては、制御部７０は、図５（ａ）に示すように、スキャンラインＳＬ上の始点と終点を中心に各テンプレート画像Ｂ１、Ｂ２を設定し、各検索領域Ｓ１〜Ｓ２を設定する。

ここで、図５（ｂ）に示すように、眼球が回旋した場合、走査の始点を含む眼底部位と走査の終点を含む眼底部位は、眼Ｅの回旋軸を中心に回転される。そこで、制御部７０は、スキャンラインＳＬ上に設定された各テンプレート画像Ｂ１、Ｂ２を用いて、撮像素子２３から出力される次のフレームの計測画像に対しテンプレートマッチングを行い、各テンプレート画像について相関値が最大となる中心座標位置を算出する。これにより、走査位置のずれが検出される。

ここで、撮像素子２３から次のフレームの計測画像が取得されると、制御部７０は、計測画像における各テンプレート画像Ｂ１、Ｂ２の中心座標位置を次の走査の始点・終点に設定し、その後、補正された走査位置データに基づいてガルバノミラーを駆動して断層画像を得る。また、上記と同様に検索領域を再設定する。

上記のようにして、制御部７０は、走査の始点を含む眼底部位と走査の終点を含む眼底部位の位置情報を計測画像毎に随時検出することにより走査位置のずれを検出する。そして、その位置ずれ情報に基づいて測定光の走査位置を随時補正する。この場合、基準画像と計測画像における走査位置のずれを算出し、これに基づいて走査位置を補正してもよい。

以上示したように、上記のようにスキャンラインＳＬ上における任意の点を含むテンプレート画像を用いて計測画像に対してテンプレートマッチングを行うことにより、測定光の走査位置と走査される眼底部位が関連付けられる。よって、スムーズなアクティブトラッキングが可能となる。また、眼Ｅの回旋軸を基準とする回転角度を求めることなく、眼球回旋による走査位置のずれを補正できる。

さらに、スキャンラインＳＬ上の始点・終点を含む画像領域をテンプレート画像に設定することにより、回旋による走査位置のずれを精度良く検出できる。

なお、始点・終点に限らず、スキャンラインＳＬ上の少なくとも１点を中心に各点に対する画像領域をテンプレート画像として設定してもよい。また、３つ以上の点に基づきテンプレート画像をそれぞれ設定してもよい。

なお、スキャンラインＳＬ上の始点・終点以外の位置にてテンプレート画像を設定した場合、そのテンプレートマッチングによって算出される各テンプレート画像の中心座標を通る直線を次のスキャンラインとして設定すればよい。

次に、図６を用いて第２の手法について説明する。この場合、制御部７０は、眼底正面画像に対して予め設定されたスキャンラインＳＬ上の少なくとも１点（例えば、始点）を中心とする画像領域をテンプレート画像として設定する。また、制御部７０は、パターンマッチングが可能な特徴的部位であってスキャンラインＳＬから離れた２点Ｅ、Ｆを中心にテンプレート画像Ｂ２、Ｂ３を設定する（図６（ａ）参照）。さらに、各検索領域Ｓ１〜Ｓ３を設定する。なお、点Ｅ及び点Ｆの設定位置について、これらを結ぶ線分ＥＦとスキャンラインＳＬとが交差するように形成されるのが好ましい。

また、制御部７０は、テンプレートＢ２の中心座標ＥとテンプレートＢ３の中心座標Ｆとを結ぶ線分ＥＦと，スキャンラインＳＬとの交点Ｇを算出し、特徴点Ｅ、Ｆに対する交点Ｇの位置情報（例えば、線分ＣＥ・ＥＤの距離、線分ＣＥ・ＥＤの比など）をメモリ７５に記憶しておく。

そして、制御部７０は、各テンプレート画像Ｂ１〜Ｂ３を用いて、撮像素子２３から出力される次のフレームの計測画像に対しテンプレートマッチングを行い、各テンプレート画像について相関値が最大となる中心座標位置を算出する。

ここで、次のフレームの計測画像が取得されると、制御部７０は、計測画像における画像Ｂ１の中心座標位置Ｃを次の走査の始点位置として設定する（図６（ｂ）参照）。

また、制御部７０は、計測画像における画像Ｂ２、Ｂ３の中心座標位置Ｅ、Ｆと計測画像における交点Ｈを用いて、次の走査の終点位置を算出する。ここで、計測画像において画像Ｂ２、Ｂ３に対応する中心座標位置Ｅ、Ｆは、計測画像における特徴点Ｅ、Ｆの位置を表すものである。そして、計測画像において第１の正面像（基準画像）の交点Ｇに対応する交点位置Ｈを求める場合、基準画像における線分ＥＧ・ＧＦの関係（距離・比率）と、計測画像における線分ＥＨ・ＨＦの関係が同じになる点を、計測画像の線分ＥＦ上から算出し、交点Ｈの位置として設定する。

そして、次の走査の終点位置Ｄを求める場合、基準画像における線分ＣＧ・ＧＤの関係と、計測画像における線分ＣＨ・ＨＤの関係とが同じになる点を、計測画像の線分ＣＨの延長線上から算出し、終点位置Ｄとして設定する。

そして、制御部７０は、上記のようにして次の走査の始点・終点が設定されると、補正された走査位置データに基づいてガルバノミラーを駆動して断層画像を得る。また、上記と同様に検索領域を再設定する。

すなわち、制御部７０は、眼底正面画像に対して予め設定されたスキャンラインＳＬから離れた少なくとも２つ以上の画像領域をテンプレート画像Ｂ２、Ｂ３として設定すると共に、そのテンプレート画像Ｂ２、Ｂ３とスキャンラインＳＬとの位置関係を予めメモリ７５に記憶する。そして、制御部７０は、メモリ７５に記憶されたテンプレート画像Ｂ２、Ｂ３及びスキャンラインＳＬの位置関係と計測画像におけるテンプレート画像の座標位置とに基づいて走査位置のずれを検出する。これにより、走査の始点又は終点付近に特徴的なパターンが存在しなくても、眼球回旋による走査位置のずれを検出できる。

なお、上記構成において、走査の終点付近と始点付近の両方に特徴的パターンが存在しない場合、上記特徴点ＥＦを結ぶ線分ＥＦとスキャンラインＳＬとの交点Ｇに加えて、スキャンラインＳＬに対する線分ＥＦの角度を予め記憶しておく。

そして、制御部７０は、基準画像における線分ＥＦ上の交点Ｇの位置とスキャンラインＳＬに対する線分ＥＦの角度と、計測画像における線分ＥＦ上の交点Ｈの位置とスキャンラインＳＬに対する線分ＥＦの角度とが同じ関係となるように、計測画像における走査の始点と終点を設定すればよい。

なお、上記説明においては、３つのテンプレート画像によるテンプレートマッチングにより走査位置を補正するものとしたが、４つ以上のテンプレート画像を用いるようにしてもよい（ただし、マッチングに要する時間が多く掛かる）。例えば、スキャンラインの始点、終点、スキャンラインから離れた２つの特徴点、の各点を中心とする画像が考えられる。この場合、各点を図７に示すような同心円状に配置したテンプレートより決定しても良い。

なお、上記説明においては、スキャンラインＳＬの任意の点を中心に各点に対応する画像領域をテンプレート画像として設定したが、これに限るものではなく、スキャンラインＳＬの任意の点を含む各点に対応する画像領域をテンプレート画像として設定するものであればよい。

なお、上記説明においては、被検眼の眼球運動による走査位置のずれを検出するための構成として、赤外光にて眼底全体を同時に照明する照明光学系と、眼底全体を同時に撮像する撮像光学系と、を持つ光学系を用いた。このため、位置ずれ検出に用いる眼底正面画像の眼球運動によるずれが少なくなる。よって、位置ずれを精度よく検出できる。

なお、走査位置のずれを検出するための構成は、上記構成に限るものではなく、被検眼眼底と略共役な位置に配置された共焦点開口を介して被検眼眼底で反射した光束を受光して被検眼眼底の共焦点正面画像を撮像する共焦点光学系（ＳＬＯ光学系）を用いるようにしてもよい。

なお、前述のように、位置ずれ検出用の受光光学系が被検眼眼底の正面画像を撮像する構成の場合、その観察範囲が狭い方が位置ずれ検出のスピードを高速化でき、位置ずれ補正（トラッキング）を高速化できる。例えば、眼底の乳頭部位に合わせた撮影画角を持つ光学系とするようなことが考えられる。

さらに、被検眼眼底の位置ずれを検出する構成としては、上記構成に限るものではなく、干渉光学系２００の測定光とは異なる第２の光束を被検眼眼底に照射し、被検眼眼底で反射した第２の光束を第２の受光素子に受光させる受光光学系を有し、眼底断層像を取得しながら同時に、第２の受光素子からの受光信号に基づいて眼底上における走査位置のずれを検出する構成であればよい。例えば、一対のミラーを利用して眼底上で円を描くように検出光束を走査し、その眼底反射光を受光素子により受光して、位置ずれ信号を得るものであってもよい（米国特許５９４３１１５号参照）。

また、上記説明においては、出力される検出信号に基づいて走査部６２の２つのガルバノミラーの駆動を制御し、走査位置のずれが補正されるように眼底上における測定光の走査位置を随時補正するものとしたが、これに限るものではない。すなわち、走査部６２の２つのガルバノミラーとは別に、干渉光学系２００の光路中に新たな瞳孔共役位置を形成させ、その位置に走査位置補正用の第２の光スキャナを設置するようにしてもよい。

なお、上記構成において、被検眼眼底の正面画像を撮像する撮像光学系によれば、断層画像を取得しながら同時に、網膜刺激前後の所定時間内における正面画像が連続的に得られる。よって、制御部７０は、メモリ７２に記憶された正面画像の断層画像の明るさ（輝度）の変化を各画素に求め、正面画像を用いて内因性信号を抽出してもよい。これにより、深さ方向における網膜の内因性信号と平面方向における網膜の内因性信号を同時に検出できる。なお、平面方向の内因性信号検出は、網膜機能に関する眼底マップが提供でき、診断に有用な情報となる。

本実施形態に係る網膜機能計測装置の光学系を示す概略構成図である。本光学系によって取得された正面画像と断層画像の具体例を示す図である。断層画像の計測、眼球追尾の流れの具体例を示す図である。テンプレートマッチングについて説明する図である。眼球回旋を考慮して走査位置のずれを検出する第１の手法について説明する図である。眼球回旋を考慮して走査位置のずれを検出する第２の手法について説明する図である。同心円状にテンプレートを設けた場合の図である。

２０受光光学系
３０刺激光照射光学系
６２走査部
７０制御部
２００干渉光学系

Claims

光源から出射された光を測定光と参照光に分け、測定光を被検眼眼底に導き，参照光を参照光学系に導いた後、眼底で反射した測定光と参照光との合成により得られる干渉光を受光素子に受光させる干渉光学系と、
前記干渉光学系の光路中に配置され，被検眼眼底上で横断方向に前記測定光を走査させるために前記測定光の進行方向を変える光スキャナと、
を備え、前記受光素子からの信号に基づいて被検眼の眼底断層画像を取得するＯＣＴ装置において、
被検眼の眼底正面画像を撮像する眼底撮像光学系を有し、予め取得された眼底正面画像に対し複数のテンプレート画像を設定し、前記複数のテンプレート画像を用いて、前記眼底撮像光学系によって取得された眼底正面画像である計測画像に対してテンプレートマッチングを行うことによって、被検眼眼底の回転運動による前記測定光の眼底上の走査位置のずれを検出する位置ずれ検出手段と、
該位置ずれ検出手段から出力される検出信号に基づいて前記光スキャナの駆動を制御し、前記回転運動による前記測定光の眼底上の走査位置のずれを補正する走査位置補正手段と、
を備えることを特徴とするＯＣＴ装置。
請求項１のＯＣＴ装置において、
前記位置ずれ検出手段は、前記複数のテンプレート画像として、少なくとも３つ以上のテンプレート画像を設定することを特徴とするＯＣＴ装置。
請求項１のＯＣＴ装置において、
前記位置ずれ検出手段は、前記複数のテンプレート画像として、少なくとも４つ以上のテンプレート画像を同心円状に配置したことを特徴とするＯＣＴ装置。
光源から出射された光を測定光と参照光に分け、測定光を被検眼眼底に導き，参照光を参照光学系に導いた後、眼底で反射した測定光と参照光との合成により得られる干渉光を受光素子に受光させる干渉光学系と、
前記干渉光学系の光路中に配置され，被検眼眼底上で横断方向に前記測定光を走査させるために前記測定光の進行方向を変える光スキャナと、
を備え、前記受光素子からの信号に基づいて被検眼の眼底断層画像を取得するＯＣＴ装置において、
被検眼の眼底正面画像を撮像する眼底撮像光学系を有し、予め取得された眼底正面画像に対し複数のテンプレート画像を設定し、前記複数のテンプレート画像を用いて、前記眼底撮像光学系によって取得された眼底正面画像である計測画像に対してテンプレートマッチングを行うことによって、被検眼眼底の回転運動による前記測定光の眼底上の走査位置のずれを検出する位置ずれ検出手段を備えることを特徴とするＯＣＴ装置。