JP5623026B2 - 眼科撮影装置および画像生成方法 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば眼科医院や集団検診等で用いられる眼科観察撮影装置に関するものである。
例えば、眼科撮影装置として眼底カメラが知られており、一般的な眼底カメラの撮影では、通常のカラー撮影の他に蛍光剤を人体の静脈に静注(注射)することにより行う蛍光撮影等も知られている。
蛍光撮影時には、眼底に照射する光は蛍光剤を励起する特定の波長のみでよく、それ以外の波長の光は蛍光の励起に不要なため、眼底カメラは照射系光路にバンドパスフィルタを配置し、不要な光を眼底に照射しない構成になっている。同時に、撮影系光路にも同様に蛍光波長のみを通すフィルタを配置し、蛍光以外の余分な光を撮影しないようになっている。また、蛍光剤を静注後に、被検者に静注された蛍光剤は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。そこで、蛍光剤の循環の様子を観察するために、動画記録方式が利用され始めている。
ところで、眼底カメラで良好な眼底撮影を行うためには、眼底と眼底カメラの位置合わせが必要になる。眼底カメラで広く用いられている位置合わせは、アライメント指標を被検眼の角膜上に投影することで、その反射光と眼底像の両方の位置関係を観察しながら行っている。
そのため、蛍光剤の循環の様子を動画として記録する際に、眼底像上にアライメント指標が写し込まれた状態で受像されることになり、指標に隠された眼底部位を確認できないという不都合が生ずることがある。この写り込みを回避するために、蛍光剤が眼底に到達する前の特定時間のみアライメント指標を眼底に照射し、蛍光が発せられた後は、指標像を減光或いは消光する撮影手法が特許文献1に開示されている。
また、近年ではデジタルカメラの普及により、眼底カメラの撮影用カメラにも、一般に使われるデジタルカメラが多く用いられるようになってきている。更に、デジタルカメラに限らずCCDに代表される撮像素子の高感度化及び高速度化により、CCD受光素子を内蔵した装置等の電子画像を取り扱う眼底カメラの技術が急速に発達してきている。
電子画像を扱う上での大きな特徴の1つとして、画像作成の容易性が挙げられ、電子画像の各画素はRGBそれぞれの画素で構成されており、画素値を操作することでオリジナルの画像から任意の画像を生成することが可能である。従来の眼底カメラでも、電子画像からモノクロ画像の生成を行うこと等は一般的に行われている。
特開平2−124137号公報
上記の手法では、アライメント指標の投影を蛍光が現れる以前までと限定しており、蛍光が発せられた後の位置合わせは撮影者の目視により行われている。そのため、撮影者の技量により位置合わせがずれることで、最適な眼底画像が得られないという課題がある。
また、従来の可視蛍光動画撮影では、位置合わせのためのアライメント指標を眼底に照射せずに撮影を行った場合は、位置合わせが困難なため良好な眼底像が得られないという課題がある。アライメント指標を照射して撮影を行った場合は、アライメント指標が動画像に写りこんでしまい、指標下の眼底部位の診断ができないという課題がある。
本発明の目的は、可視蛍光撮影を行う際にアライメント指標による位置合わせが可能であり、動画像の保存時或いは再生時に指標を除去又は低減することで、指標に隠されることなく眼底部位の診断を可能とする眼科観察撮影装置を提供することにある。
そこで本発明の実施形態に係る眼科撮影装置は、被検眼を蛍光撮影する眼科撮影装置であって、アラインメント指標光を投光する投光手段と、前記被検眼で生じた蛍光および前記アラインメント指標光を透過するバリアフィルタと、前記バリアフィルタを透過した光を複数の波長帯域に分光し、分光された光毎の電気信号を得る撮像素子と、を有し、前記バリアフィルタの波長帯域は前記撮像素子の複数の分光帯域を含み、前記蛍光のピーク波長と前記アラインメント指標光のピーク波長とが異なる分光帯域に属することを特徴とする。
本発明に係る眼科観察撮影装置によれば、動画記録時或いは再生時に、赤色の画素を消去し画像を生成することで、オリジナル画像に写し込まれたアライメント指標を除去又は低減された画像を得て、指標により隠された眼底部位を診断可能となる。動画撮影時には、撮影者の技量によらずアライメント指標を用いて位置合わせを行うことができる。
実施例の眼底カメラの構成図である。 眼底カメラと周辺構成図である。 操作パネルの説明図である。 アライメント指標と眼底画像の位置関係図である。 撮像素子とカラーフィルタの説明図である。 カラーフィルタの分光感度特性図である。 蛍光フィルタ及びアライメント指標光源波長の設定図である。 合成眼底像とRGB分解画像の説明図である。 撮影時と診断時の眼底像の説明図である。 3板式の撮像素子の構成図である。
本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
図1は実施例の眼科観察撮影を行うための眼底カメラの構成図である。観察用光源1から被検眼Eの前方に配置された対物レンズ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、リング状の開口を有する絞り6、リレーレンズ7、孔あきミラー8が順次に配列されている。更に、絞り6とリレーレンズ7の間に可視蛍光用エキサイタフィルタ9が挿脱自在に配置され、これらにより眼底照明光学系が構成されている。
孔あきミラー8の孔部には、被検眼Eの角膜Epにアライメント指標を投影するためのアライメント指標光源10がファイバ11の2個の出射端を介して配置されている。孔あきミラー8の通過方向の光路上には、合焦レンズ12、撮影レンズ13、カメラボディ14内に設けられた単板の撮像素子15が配列されている。撮影レンズ13とカメラボディ14の間には、眼底Erでの反射光を遮断し、かつエキサイタフィルタ9により励起された蛍光波長領域のみを透過する可視蛍光バリアフィルタ16が挿脱自在に配置され、これらにより眼底観察撮影光学系が構成されている。
カメラボディ14の撮像素子15の前面にはカラー撮像のための三色分解フィルタ17が設けられ、更に画像記録手段18、診断画像生成手段19が内蔵され、カメラボディ14の後部には画像表示手段20が設けられている。
カメラボディ14は例えば一眼レフデジタルカメラに代表される複数種類のものが取り付け可能とされており、形状が同じで光学的な焦点距離の同じマウントのものが取り付け可能である。
図2はシステム構成を示し、眼底カメラAにはカメラボディ14が着脱自在に取り付けられ、被検眼Eを撮影するタイミングで操作するジョイスティック31上の撮影スイッチ32、眼底カメラAの操作パネル33が設けられている。また、図3に示すように操作パネル33上には、撮影光量を設定可能な観察光量つまみ34、眼底カメラA内のタイマを開始するためのタイマスイッチ35が設けられている。
実施例に示す眼底カメラAでは、検者は先ず被検者を顎受け36等の固定台に顔を固定した後に、図1に示す光学系を乗せたステージ部37を操作し、アライメント指標光源10から出射したアライメント指標光を眼底Erに投影し、眼底Erの位置合わせを行う。この位置合わせはカメラボディ14に設けられた画像表示手段20により観察して行う。
アライメント指標光源10から発したアライメント指標光はファイバ11を通り、孔あきミラー8上から角膜Ep上に照射される。ここで眼底カメラAの光学系は、眼底Erと対物レンズ2の距離が適正時に撮像面上でのアライメント指標のピントが合うように設計されている。また、孔あきミラー8の孔部に配置されたファイバ11の出射端は2つに分岐されており、眼底Erの後極中心を撮像素子15に結像させたときに、指標像が光軸を中心に左右対称に配置するようにされている。
アライメント指標光源10から発せられた2つのアライメント指標は、指標投影手段により対物レンズ2を通り角膜Epに投影され、眼底Erの反射光は対物レンズ2を通り、平行光として撮像素子15上に結像される。また、観察用光源1から発せられた白色光により照明された眼底Erからの眼底像も、同様に対物レンズ2を経た後に、並行光として撮像素子15上に結像される。検者は眼底カメラAのジョイスティック31を用いて、撮像素子15上に結像されたアライメント指標像と眼底像を適正な位置関係になるように調整することで、眼底カメラAの位置と被検眼Eと位置合わせを行う。
図4(a)は画像表示手段20において、横軸Y方向についての適正位値基準マークMから外れていて、アライメント指標Pのピントが合っていないことから、眼軸方向Zが適正位置ではない様子を表している。検者はアライメント指標Pと適正位置基準視標の位置関係を頼りに、図4(a)の状態から(b)の状態になるように眼底カメラAを操作することで、検者の技量に頼ることなく位置合わせを行うことが可能である。
次に、検者は位置合わせを行うと同時に、操作パネル33上の観察光量つまみ34を操作し、観察用光源1の調光を行い撮影の準備を整える。全ての準備が整った後に、被検者に対し蛍光剤を静注し、同時にエキサイタフィルタ9及びバリアフィルタ16を光路内に挿入し、画像記録手段18により撮像素子15からの出力画像の記録を開始する。各フィルタ9、13の挿入は手動による挿入、或いは撮影開始を知らせるタイマスイッチ35に連動した自動挿入でもよい。また、記録開始のタイミングについても、別途に記録開始手段を設けてもよいし、タイマスイッチ35の押下に連動して開始してもよい。
ここで、画像記録手段18により記録を行っている動画像は、同時に画像表示手段20に表示されている。眼底Erに蛍光剤が流入するまでは、バリアフィルタ16のバンドパス特性のため、画像表示手段20上には眼底像は表示されず、アライメント指標のみ表示される。その間に、被検眼Eの上下左右方向の位置ずれ、或いは角膜Epから対物レンズ2間の距離に変動が生じた場合は、アライメント指標Pと適正位値基準マークMを基に再度位置合わせを行う。
蛍光剤を静注した数秒後に、眼底Erで蛍光が観察され始め、蛍光動画撮影中に検者は画像表示手段20上で眼底像及びアライメント指標像を見ながら、診断に適正な画像になるように観察光量の調整と位置合わせを行い、蛍光画像による動画像の撮影を続ける。その後に、所望の時間まで動画像撮影を行って記録動作を終了する。記録終了時は、記録開始時と同様に別途に記録停止手段を設けてもよいし、タイマスイッチ35の押下によるタイマ停止に連動してもよい。
最後に、記録した動画像からアライメント指標Pのみを除去又は減光操作を行う。この操作はカメラボディ14内の診断画像生成手段19に予め設定されていたパラメータを用いて検者が意識することなく自動的に行われ、検者はアライメント指標Pが除去された動画像を確認することができる。
図5はカラー撮像を行うための撮像素子15の一部拡大図と各画素上に配置された三色分解フィルタ17の説明図である。図5(a)に示すように撮像素子15の各画素には特定の波長の光だけを通すように、それぞれ対応する三色分解フィルタ17がモザイク状に配置されている。図5(b)に示すように、各三色分解フィルタ17は光の波長領域に対する感度特性を有しており、特定の波長領域の光のみ透過し、それ以外の波長の光は吸収する性質がある。
撮像素子15は多数の光センサ画素で構成されており、各画素の受光面には、三色分解フィルタ17の赤色フィルタ17r、緑色フィルタ17g、青色フィルタ17bが配置されている。撮像素子15はフィルタ17r、17g、17bによりそれぞれの画素にR(赤)、G(緑)、B(青)の割り当てを受けることで、近接する各画素の値からRGB分解画像の仮想画素値を算出し、カラー画像の出力を行うことが可能である。
撮像素子15から出力された眼底画像の各画素値は、RGBの3色に分解されてカメラボディ14内の画像記録手段18に保存される。また、カメラボディ14の診断画像生成手段19は撮像素子15から出力されたRGB信号からR信号のみを除去し、或いはRB信号を除去した画像生成をする機能を有する。また、画像表示手段20は撮像素子15からの出力画像、或いは診断画像生成手段19により生成された画像を、静止画及び動画として表示を可能とする。
なお、本実施例では可視蛍光撮影について説明を行うが、エキサイタフィルタ9及びバリアフィルタ16を特性の異なるフィルタと交換する、或いは光路から離脱させることにより、眼底カメラはカラー静止画撮影を含む多岐に渡る撮影が可能となる。
ここで、実施例における最も特徴的な構成は、撮像素子15の分光感度特性を利用したアライメント指標光源10及びバリアフィルタ16の波長領域の設定にある。
図6はRGBの3種類のフィルタ17r、17g、17bを撮像素子15と組み合わせたときの分光感度特性のグラフ図を示し、横軸が光の波長、縦軸が各センサの感度となっている。グラフ図の線が上になるほど、その波長の光を受けたときに、撮像素子15から読み出される値が大きくなること意味している。例えば、図6の分光感度特性から、緑色フィルタ17gの特性Gは約350〜630nmの波長領域を有しており、530nmの時に最大になることが分かる。
図7は蛍光撮影に必要な各フィルタ及びアライメント指標光源10の波長領域及び蛍光波長の特性を示している。また、細線は図6で示した各フィルタの感度特性である。位置合わせに必要なアライメント指標光源10の波長は、視認できることが必要なため、緑色フィルタ17gの特性Gよりも長い波長を設定し、ほぼ緑色フィルタ17gの感度がない波長領域を有する設定されている。本実施例では緑色フィルタ17gの最長波長630nmよりも長い波長である640nmの単波長に設定されている。
眼底Erに照射する蛍光励起用のエキサイタフィルタ9は、静注する蛍光剤の蛍光特性に合わせて、478〜515nmの光のみを通すバンドパス特性を有するように波長領域が設定されている。また、バリアフィルタ16は眼底Erで励起された蛍光及びアライメント指標光源10のアライメント光が共に透過可能であり、これらの2つの光以外の光を遮断するバンドパス特性を有するように波長領域が設定されている。
一般的に、蛍光波長は図7に示すように、ピークを520nmとした波長幅の短い派長特性を有しているが、被検眼Eで反射した励起光の影響を遮ぎるため、バリアフィルタ16のバンドパス特性の下限を530nmに設定する。また、上限はアライメント指標光源10のアライメント光を通過させるための650nmに設定している。
図7からも分かる通り、眼底Erで発せられた蛍光波長は、主に緑色フィルタ17gと青色フィルタ17bを透過して、撮像素子15上の緑色と青色に対応する各画素に受像される。同様に、アライメント指標であるアライメント指標光源10の波長は、赤色フィルタ17rを透過し、撮像素子15上の赤色に対応する各画素に受像される。
図8は撮像素子15に受像された眼底像と各フィルタを通過した眼底像の説明図である。図8(a)は各フィルタを透過した眼底像の合成画像であり、(b)は青色フィルタ17b、(c)は緑色フィルタ17g、(d)は赤色フィルタ17rをそれぞれ透過した眼底像Er’である。
アライメント指標Pの波長は、緑色フィルタ17gよりも長い波長領域を設定しているため、(d)の赤色に対応した眼底像Er’にのみ現れ、(b)及び(c)の眼底像Er’では殆ど視認することができない。
そこで、診断画像生成手段19は記録された画像データに対し、図8(d)の赤色フィルタ17rを透過した画像のみを除去し、モノクロ処理を行うことで診断用画像の生成を行う。つまり、記録された動画像に含まれる緑色に対応する画素、或いは緑色と青色に対応する画素を用いてモノクロ処理を実行して、診断画像の生成により、アライメント指標Pの除去又は減光を行うことが可能であり、診断すべき所定部位が隠れることがない。
図9(a)は撮影時に検者が画像表示手段20により観察している眼底画像を示し、アライメント指標Pと眼底像Er’を共に確認することが可能である。また、図9(b)は診断時の眼底画像を示し、診断画像生成手段19によりアライメント指標Pの除去が行われアライメント指標Pが診断の支障にならないようにされている。
最後に、診断画像生成手段19で生成された診断画像は、再度画像記録手段18に記憶してもよい。なお、説明を省略したフォーカス指標についても、アライメント指標と同様の波長を設定することにより診断時の除去が可能である。
実施例では、動画像の記録、画像生成及び画像表示を、カメラボディ14に構設された画像記録手段18、診断画像生成手段19、画像表示手段20を用いて行ったが、これらはパソコン等の情報機器端末でも実施することもできる。その場合に、カメラボディ14に新たに画像転送手段を設けることで、撮像素子15の出力を外部の情報機器端末への転送が可能である。
動画観察中の位置合わせは、カメラボディ14の画像表示手段20、或いは外部に接続された情報機器の表示部の何れか、又は双方を用いて行うことができる。また、撮影された動画像は情報機器に接続された画像記録部に記録することが可能である。ここで、画像記録部にはハードディスク、MO、Zip、Jazz、CD−R/RW、DVD−RAM、DVD−R/RW、半導体メモリ等の記録媒体を使用できる。
また実施例では、診断画像生成手段19による赤色画像の除去を動画記録後に行ったが、画像記録手段18に記録する際に、予め診断画像生成手段19により赤色画像の除去を行った状態で、動画像の記録を行うこともできる。
更に実施例では、単板の撮像素子15を用いたが、3板式の撮像素子を用いることも可能である。3板式の撮像素子を使用する際は、撮像素子の前面に三色分解フィルタ17の代りに分光プリズムが配置されている。
図10に示すように、分光プリズム41、42、43は表面にダイクロイック膜44が形成されており、図10に示すように反射により光をRGBの光の3原色に分光することが可能である。分光プリズムの各面に、RGBに対応した撮像素子45、46、47をそれぞれ配置し、各撮像素子45〜47からの出力を診断画像生成手段19内に取り込むことで、診断画像の生成が可能である。
9 エキサイタフィルタ
10 アライメント指標光源
11 ファイバ
14 カメラボディ
15 撮像素子
16 バリアフィルタ
17 三色分解フィルタ
18 画像記録手段
19 診断画像生成手段
20 画像表示手段

Claims (17)

  1. 被検眼を蛍光撮影する眼科撮影装置であって、
    アライメント指標光を投光する投光手段と、
    前記被検眼で生じた蛍光および前記アライメント指標光を透過するバリアフィルタと、
    前記バリアフィルタを透過した光を複数の波長帯域に分光し、分光された光毎の電気信号を得る撮像素子と、を有し、
    前記バリアフィルタの波長帯域は前記撮像素子の複数の分光帯域を含み、前記蛍光のピーク波長と前記アライメント指標光のピーク波長とが異なる分光帯域に属することを特徴とする眼科撮影装置。
  2. 前記バリアフィルタを透過し前記蛍光および前記アライメント指標を受光し得られた画像信号から、前記アライメント指標光の波長帯域のピークが含まれる分光帯域に基づき得られた画像信号を抑制した画像を生成する生成手段
    をさらに有することを特徴とする請求項1に記載の眼科撮影装置。
  3. 被検眼の眼底を白色光及び蛍光撮影のための励起光で照明する照明光学系と、
    該照明光学系から光で照明された被検眼の所定部位を観察及び撮影する観察撮影光学系と、を有し、
    前記バリアフィルタは該観察撮影光学系に挿脱自在に設けられ蛍光波長領域を透過すると共に前記励起光を遮り、
    前記撮像素子は三色分解フィルタを有しカラー画像を出力し、
    前記投光手段は、前記撮像素子により被検眼の所定部位の像と重ねて撮像されるアライメント指標光を被検眼に投影し、
    前記アライメント指標光は前記バリアフィルタを透過すると共に前記蛍光波長領域とは異なる波長領域を含む光であり、前記三色分解フィルタの内の前記蛍光が最も透過する波長領域のフィルタとは別の波長領域を有するフィルタを透過可能である
    ことを特徴とする請求項1に記載の眼科撮影装置。
  4. 前記撮像素子は、前記バリアフィルタを前記観察撮影光学系から退避させた状態で撮影することによりカラー画像を出力し、挿入させた状態で撮影することにより蛍光画像を出力する
    ことをさらに有することを特徴とする請求項3に記載の眼科撮影装置。
  5. 記三色分解フィルタにより分解された色の内の少なくとも1つの色を除去して前記被検眼の画像生成を行う生成手段を更に備える
    ことを特徴とする請求項3または4に記載の眼科撮影装置。
  6. 前記撮像素子は赤色フィルタ、緑色フィルタ、青色フィルタの色分解フィルタを有する
    ことを特徴とする請求項5に記載の眼科観察撮影装置。
  7. 前記アライメント指標光は前記撮像素子の前記赤色フィルタを透過し前記緑色フィルタはほぼ透過しない波長とし、
    前記撮像素子は、前記撮像素子の各画素の全ての出力、又は前記緑色フィルタと前記赤色フィルタに対応する画素の出力を用いて蛍光画像を出力し、
    前記生成手段は、緑色フィルタに対応する画素の出力、又は前記青色フィルタと前記緑色フィルタに対応する画素の出力を用いて診断用の蛍光画像を生成する
    ことを特徴とする請求項6に記載の眼科撮影装置。
  8. 前記撮像素子は動画と静止画の出力が可能な単板素子の各画素上に三色分解フィルタが設けられており、近接する各画素の値からRGB分解画像の仮想画素値を算出し、画像データを生成する
    ことを特徴とする請求項7に記載の眼科撮影装置。
  9. 被検眼を照明する光源と、
    前記光源の光を被検眼に導く光路中に挿脱自在に配置されるエキサイタフィルタと、をさらに有し、
    前記エキサイタフィルタを透過し被検眼に導かれる光の波長帯域と、前記被検眼で生ずる蛍光の波長帯域とが一部重複しており、かつ、前記エキサイタフィルタの波長帯域と前記バリアフィルタの波長帯域が重複しない
    ことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の眼科撮影装置。
  10. 撮影を開始するためのスイッチをさらに有する
    ことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の眼科撮影装置。
  11. 前記スイッチの押下に応じて前記バリアフィルタを前記被検眼からの光が前記撮像素子に入射する光路中に挿入する
    ことを特徴とする請求項10に記載の眼科撮影装置。
  12. 前記スイッチの押下に応じて前記撮像素子により得られる動画像の記録を開始する記録手段をさらに有する
    ことを特徴とする請求項11に記載の眼科撮影装置。
  13. 前記蛍光撮影中に該蛍光撮影により得られた動画像上にアライメント指標を表示する表示手段をさらに有する
    ことを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1項に記載の眼科撮影装置。
  14. 前記生成手段により生成された画像を表示する表示手段をさらに有することを特徴とする請求項2に記載の眼科撮影装置。
  15. 被検眼にアライメント用の指標光および励起光を照射する照射工程と、
    前記励起光を照射することにより得られる蛍光を複数の波長帯域に分光する分光工程と、
    前記複数の波長帯域のうち前記アライメント用の指標光のピーク波長が含まれていない波長帯域の光を用いて前記被検眼の画像を生成する生成工程と、
    を備えたことを特徴とする画像生成方法。
  16. 被検眼を蛍光撮影する眼科撮影装置であって、
    フォーカス指標光を投光する投光手段と、
    前記被検眼で生じた蛍光および前記フォーカス指標光を透過するバリアフィルタと、
    前記バリアフィルタを透過した光を複数の波長帯域に分光し、分光された光毎の電気信号を得る撮像素子と、を有し、
    前記バリアフィルタの波長帯域は前記撮像素子の複数の分光帯域を含み、前記蛍光のピーク波長と前記フォーカス指標光のピーク波長とが異なる分光帯域に属することを特徴とする眼科撮影装置。
  17. 被検眼にフォーカス用の指標光および励起光を照射する照射工程と、
    前記励起光を照射することにより得られる蛍光を複数の波長帯域に分光する分光工程と、
    前記複数の波長帯域のうち前記フォーカス用の指標光のピーク波長が含まれていない波長帯域の光を用いて前記被検眼の画像を生成する生成工程と、
    を備えたことを特徴とする画像生成方法。
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