JP6402025B2 - 血流計測装置 - Google Patents
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Description
[構成]
図1に示すように、血流計測装置1は、眼底カメラユニット2と、OCTユニット100と、演算制御ユニット200とを含む。眼底カメラユニット2は、眼底Efを撮影するための構成を備える。OCTユニット100は、眼底EfのOCT画像を取得するための構成を備える。演算制御ユニット200は、各種の演算や制御を実行するための構成を備える。
眼底カメラユニット2は、眼底Efの表面形態を表す2次元画像(眼底像)を取得する。眼底像には観察画像や撮影画像が含まれる。観察画像は、たとえば、近赤外光を用いて所定のフレームレートで取得されるモノクロ動画像である。撮影画像としては、可視光をフラッシュ発光して得られるカラー画像や、近赤外光又は可視光を用いて取得されるモノクロ画像(たとえば、フルオレセイン蛍光画像、インドシアニングリーン蛍光画像、自発蛍光画像等の蛍光画像)などがある。
図2はOCTユニット100の構成例を示す。OCTユニット100は、OCTのタイプに応じた構成を有する。図2は、スペクトラルドメインOCTが適用される場合の構成の例を示す。スペクトラルドメインOCTでは、一般に、低コヒーレンス光源と分光器とが設けられる。なお、スウェプトソースOCTにおいては、たとえば、波長掃引光源とバランスドフォトダイオードが設けられる。
演算制御ユニット200は、眼底カメラ2、表示装置3及びOCTユニット100の制御や、各種の演算処理や、OCT画像の形成処理などを実行する。また、演算制御ユニット200は、表示デバイスや入力デバイスや操作デバイス等のユーザインターフェイスを含む。演算制御ユニット200の構成の説明は、以下の制御系の制御系の説明において行う。
血流計測装置1の制御系について図3及び図4を参照しつつ説明する。
血流計測装置1の制御系は、制御部210を中心に構成される。制御部210には、主制御部211と記憶部212が設けられている。
主制御部211は、眼底カメラユニット2、OCTユニット100及び演算制御ユニット200の制御を実行する。また、主制御部211は、記憶部212にデータを書き込む処理や、記憶部212からデータを読み出す処理を行う。
記憶部212は、各種のデータを記憶する。記憶部212に記憶されるデータとしては、たとえば、OCT画像、眼底像、被検眼情報などがある。被検眼情報は、被検眼又は被検者に関する情報であり、たとえば患者ID等の入力情報や、電子カルテ等の医療情報を含む。また、記憶部212には、血流計測装置1を動作させるためのプログラムやデータが記憶されている。
画像形成部220は、光検出器115からの検出信号に基づいて、眼底Efの断層像の画像データと位相画像の画像データとを形成する。これら画像データについては後述する。なお、この明細書では、「画像データ」と、それに基づき出力される「画像」とを同一視することがある。画像形成部220は、断層像形成部221と位相画像形成部222を有する。
断層像形成部221は、第1走査により得られる干渉光LCの検出結果に基づいて、第1断面における形態の経時的変化を表す断層像(第1断層像)を形成する。この処理についてより詳しく説明する。第1走査は、上記のように第1断面C0を繰り返し走査するものである。断層像形成部221には、第1走査に応じて、OCTユニット100の光検出器115から検出信号が逐次入力される。断層像形成部221は、第1断面C0の各走査に対応する検出信号に基づいて、第1断面C0の1枚の断層像を形成する。断層像形成部221は、上記の処理を第1走査の反復回数だけ繰り返すことで、時系列に沿った一連の断層像を形成する。ここで、これら断層像を複数の群に分割し、各群の断層像を重ね合わせて(加算平均して)画質の向上を図ってもよい。
位相画像形成部222は、第1走査により得られる干渉光LSの検出結果に基づいて、第1断面における位相差の経時的変化を表す位相画像を形成する。この処理に用いられる検出結果は、断層像形成部221による第1断層像の形成処理に供されるものと同じである。よって、第1断層像と位相画像との間の位置合わせをすることが可能である。つまり、第1断層像の画素と位相画像の画素とを自然に対応付けることが可能である。
画像処理部230は、画像形成部220により形成された画像に対して各種の画像処理や解析処理を施す。たとえば、画像処理部230は、画像の輝度補正や分散補正等の各種補正処理を実行する。また、画像処理部230は、眼底カメラユニット2により得られた画像(眼底像、前眼部像等)に対して各種の画像処理や解析処理を施す。
血管領域特定部231は、第1断層像、第2断層像、及び位相画像のそれぞれについて、注目血管Dbに対応する血管領域を特定する。この処理は、各画像の画素値を解析することによって行うことが可能である(たとえば閾値処理)。
傾き算出部232は、第1断面と第2断面との間の距離(断面間距離)と、血管領域の特定結果とに基づいて、第1断面における注目血管Dbの傾きを算出する。なお、断面間距離は事前に決定される。その一例は、断面設定部237の説明において後述する。
血流情報生成部233は、位相画像と注目血管Dbの傾きAとに基づいて、注目血管Dbに関する血流情報を生成する。以下、この処理を実行するための構成の一例を説明する。前述のように、血流情報生成部233には、血流速度算出部234と、血管径算出部235と、血流量算出部236とが設けられている。
血流速度算出部234は、位相画像(位相差の経時的変化)と注目血管Dbの傾きAとに基づいて、注目血管Db内を流れる血液の第1断面C0における血流速度を算出する。この算出対象は、或る時点における血流速度でもよいし、血流速度の経時的変化(血流速度変化情報)でもよい。前者の場合、たとえば心電図の所定の時相(たとえばR波の時相)における血流速度を選択的に取得することが可能である。また、後者における時間の範囲は、第1断面C0を走査した時間の全体又は任意の一部である。
Δfは、測定光LSの散乱光が受けるドップラーシフトを表す;
nは、媒質の屈折率を表す;
vは、媒質の流速(血流速度)を表す;
θは、測定光LSの照射方向と媒質の流れベクトルとが成す角度を表す;
λは、測定光LSの中心波長を表す。
血管径算出部235は、第1断面C0における注目血管Dbの径を算出する。この算出方法の例として、眼底像を用いた第1の算出方法と、断層像を用いた第2の算出方法がある。
血流量算出部236は、血流速度の算出結果と血管径の算出結果とに基づいて、注目血管Db内を流れる血液の流量を算出する。この処理の一例を以下に説明する。
主制御部211は、表示部241に眼底像を表示させる。この眼底像は観察画像でも撮影画像でもよい。また、この眼底像は撮影画像を構成する画像であってもよい。ユーザは、操作部242を操作することで、表示された眼底像に第1断面C0を指定する。断面設定部237は、指定された第1断面C0と、この眼底像とに基づいて、第2断面C1を設定する。なお、前述のように、第1断面COは所望の注目血管Dbを横切るように指定される。
監視部238は、リアルタイムで取得される位相画像を監視することにより、血流情報を取得するための走査の開始タイミングを決定する。そのために、監視部238は、たとえば、位相画像の少なくとも一部の領域における信号強度の経時的変化を監視することにより血流に関する所定の時相を検出する。更に、監視部238は、検出された所定の時相に対応するタイミングで所定の信号(走査開始信号)を出力する。走査開始信号は制御部210に入力される。主制御部211は、走査開始信号の入力を受けて、血流情報を取得するための走査(たとえば第1走査又は第2走査)を開始する。
ユーザインターフェイス240には、表示部241と操作部242とが含まれる。表示部241は、前述した演算制御ユニット200の表示デバイスや表示装置3を含んで構成される。操作部242は、前述した演算制御ユニット200の操作デバイスを含んで構成される。操作部242には、血流計測装置1の筐体や外部に設けられた各種のボタンやキーが含まれていてもよい。たとえば眼底カメラユニット2が従来の眼底カメラと同様の筺体を有する場合、操作部242は、この筺体に設けられたジョイスティックや操作パネル等を含んでいてもよい。また、表示部241は、眼底カメラユニット2の筺体に設けられたタッチパネルなどの各種表示デバイスを含んでいてもよい。
血流計測装置1の動作についていくつかの例を説明する。
血流計測装置1の動作の一例を図7に示す。この動作例では、第1走査と第2走査とを交互に実行する場合について説明する。
OCT計測の準備として、患者IDの入力、本実施形態の動作モード(血流計測モード)の選択指定などを行う。続いて、アライメント及びフォーカシングが実行される。加えて、トラッキングを開始してもよい。また、表示部241には眼底像(観察画像、撮影画像、又は撮影画像を構成する画像)が表示される。
次に、ユーザは、表示された眼底像に対して、血流を計測する位置を指定する。ここで指定されるのは第1断面である。第1断面の指定方法については前述した。なお、眼底Efの特徴部位(視神経乳頭等)を基準として第1断面を自動で指定することも可能である。この処理は、たとえば、特徴部位を特定する処理と、注目血管を特定する処理と、特徴部位から所定距離だけ離れ、かつ注目血管に交差するように第1断面を設定する処理とを含む。この一連の処理は断面設定部237により実行される。
第1断面が指定されると、断面設定部237が、この第1断面に基づいて第2断面を設定する。
主制御部211は、光源ユニット101、光スキャナ42等を制御して予備的なOCT計測を実行する。この予備的OCT計測は、第1断面、第2断面、又はこれら以外の断面に対して実行される。この予備的OCTにより得られる画像が好適であるか判定する。この判定は、ユーザが目視で行なってもよいし、血流計測装置1が自動で行なってもよい。
主制御部211は、所定のトリガー(たとえば、ステップS4の完了やユーザからの指示)を受けて位相画像の監視をスタートする。より具体的には、主制御部211は、所定のトリガーを受けて、注目血管の所定の断面を測定光LSで反復的に走査するように制御を実行する。ここで、所定の断面は、たとえば、ステップS2で設定された第1断面や、ステップS3で設定された第2断面や、これら以外の断面であってよい。また、所定の断面は、単一の断面又は複数の断面である。
ステップS5の監視処理は、所定の時相が検出されるまで継続される(S6:NO)。所定の時相が検出されると(S6:YES)、ステップS7に移行する。
ステップS6において所定の時相が検出されると(S6:YES)、監視部238は、走査開始信号を制御部210に送る。
ステップS7で監視部238から送信された走査開始信号を受けて、主制御部211は、OCT計測(血流計測)を開始する。本動作例で実行される処理の概要を図8に示す。
画像形成部220は、ステップS8で取得されたデータに基づいて画像を形成する。本動作例では、断層像形成部221は、各データ対[J1,J2]i(i=1〜n)に基づいて、第1断面を表す第1断層像T1i(i=1〜n)と、第2断面を表す第2断層像T2i(i=1〜n)とを形成する。第1断層像T1i及び第2断層像T2i(i=1〜n)は、時間ti(i=1〜n)に対応する。
血管領域特定部231は、第1断層像T1i、第2断層像T2i及び位相画像Piのそれぞれについて、注目血管に相当する血管領域を特定する。
傾き算出部232は、ステップS10で特定された血管領域と、第1断面と第2断面との間の距離(断面間距離)とに基づいて、第1断面における注目血管の傾きを算出する。この処理の具体例として、傾き算出部232は、各時間ti(i=1〜n)における第1断層像T1i及び第2断層像T2i(i=1〜n)から特定された2つの血管領域と、断面間距離とに基づいて、当該時間ti(i=1〜n)における注目血管の傾きAi(i=1〜n)を算出することができる。なお、第1断層像T1iの代わりに位相画像Piから特定された血管領域を利用することができる。また、各時間ti(i=1〜n)に対応する傾きAi(i=1〜n)を求める代わりに、1以上の代表的な傾きを求めるようにしてもよい。
血流速度算出部234は、位相画像Pi(i=1〜n−1)として得られる位相差の経時的変化と、ステップS11で算出された注目血管の傾きAi(i=1〜n)とに基づいて、注目血管内を流れる血液の第1断面における血流速度vi(i=1〜n)を算出する。血流速度vi(i=1〜n)は、それぞれ時間ti(i=1〜n)に対応する。なお、位相画像Pnが形成されない場合には血流速度vnは算出されなくてよい。
血管径算出部235は、第1断層像T1i(i=1〜n)(又はPi(i=1〜n−1))に基づいて、第1断面における注目血管の径wi(i=1〜n)を算出する。なお、各時間ti(i=1〜n)に対応する血管径wi(i=1〜n)を求める代わりに、1以上の代表的な血管径を求めるようにしてもよい。また、第1断層像の代わりに眼底像を解析して血管径を求めてもよい。
血流量算出部236は、ステップS12で算出された血流速度と、ステップS13で算出された血管径とに基づいて、注目血管内を流れる血液の流量Q(μL/min)を算出する。
主制御部211は、ステップS12で算出された血流速度vi、ステップS13で算出された血管径wi、ステップS14で算出された血流量Q等を含む血流情報を表示部241に表示させる。また、主制御部211は、ステップS1で入力された患者IDに関連付けて血流情報を記憶部212に記憶させる。以上で、本動作例に関する処理は終了となる。
血流計測装置1の動作の一例を図9に示す。この動作例では、第2走査を実行した後に第1走査を実行する場合について説明する。
本動作例のステップS21〜ステップS27は、第1の動作例のステップS1〜ステップS7と同様にして実行される。
ステップS27で監視部238から送信された走査開始信号を受けて、主制御部211は、血管の傾きを求めるためのOCT計測(第2走査)を実行する。本動作例に適用される第2走査においては、2以上の断面が少なくとも1回ずつ走査される。その具体例として、図6に示すように、1つの第1断面と1つの第2断面を含む2つの断面を、それぞれ1回(又は複数回)ずつ走査することができる。
ステップS28のOCT計測の終了後、主制御部211は、第1断面の反復的なOCT計測(血流計測、ドップラーOCT)を実行する。なお、ステップS28の終了がステップS29の開始トリガーであってもよいし、そうでなくてもよい。後者の例として、ステップS28の終了後、所定時間が経過したときにステップS29を開始するようにしてよい。或いは、ステップS28の終了後に位相画像の監視を再開してステップS29の開始トリガー(走査開始信号)を得るように構成することが可能である。なお、本動作例のOCT計測は、第1の動作例と同様に、既定の期間(たとえば、1心拍に相当する期間又はそれより僅かに長い期間)にわたって実行される。この段階においても計測時間の短縮を図ることができる。
画像形成部220は、ステップS28で取得されたデータに基づいて画像を形成する。この処理は、断層像形成部221が2以上の第2断面のそれぞれの断層像を形成する処理を含む。また、画像形成部220は、ステップS29で取得されたデータに基づいて画像を形成する。この処理は、位相画像形成部222が第1断面の位相画像を形成する処理を少なくとも含み、断層像形成部221が第2断面の断層像を形成する処理を含んでいてよい。
血管領域特定部231は、ステップS30で形成された2以上の断層像及び位相画像(並びに第1断面の断層像)のそれぞれについて、注目血管に相当する血管領域を特定する。
傾き算出部232は、ステップS31で特定された2以上の断層像の血管領域と、2つの第2断面の間の距離(図10の例では断面間距離=2d)とに基づいて、第1断面における注目血管の傾きを算出する。
血流速度算出部234は、ステップS30で形成された位相画像と、ステップS32で算出された注目血管の傾きとに基づいて、注目血管内を流れる血液の第1断面における血流速度を算出する。
血管径算出部235は、ステップS31で特定された第1断面における血管領域(位相画像中の血管領域、又は断層像中の血管領域)の径を算出する。
血流量算出部236は、ステップS33で算出された血流速度と、ステップS34で算出された血管径とに基づいて、注目血管内を流れる血液の流量を算出する。
主制御部211は、ステップS33で算出された血流速度、ステップS34で算出された血管径、ステップS35で算出された血流量等を含む血流情報を表示部241に表示させる。また、主制御部211は、ステップS31で入力された患者IDに関連付けて血流情報を記憶部212に記憶させる。以上で、本動作例に関する処理は終了となる。
第2の動作例では、血管の傾きを求めるためのOCT計測(第2走査)の後に、ドップラーOCT(第1走査)を実行しているが、これとは逆に、第1走査の後に第2走査を実行するように構成してもよい。また、第1走査の後の第2走査の開始トリガーについても、第2の動作例と同様であってよい。
実施形態に係る血流計測装置の効果について説明する。
第1の実施形態では、血流情報を取得するためのOCT計測を開始するタイミングに着目した構成について説明した。これに対し、第2の実施形態では、OCT計測を終了するタイミングに着目した構成について説明する。
血流情報を取得するためのOCT計測が開始される。このOCT計測では、たとえば、注目血管の向きを求めるためのOCT計測を実行した後に、位相画像を取得するための反復的なOCT計測(第1断面の反復的なOCT計測)が開始される。
ステップS41でOCT計測が開始されると、主制御部211は、反復的なOCT計測により逐次に取得されるデータを記憶部212(リングバッファ)に順次に記憶する。なお、リングバッファに記憶されるデータは、位相画像を取得するための反復的なOCT計測に限定される。つまり、注目血管の向きを求めるためのデータは、リングバッファ以外の記憶部212の領域に格納される。
ステップS42でデータの記憶が開始されてから所定時間(たとえば2秒間)が経過すると、リングバッファに記憶されているデータのうち最初に記憶されたデータが新たに取得されたデータで更新(上書き)される。新たに取得されるデータごとにこの更新処理が実行される。それにより、任意のタイミングにおいて、最新の2秒間のデータがリングバッファに格納された状態となる。
ユーザは、表示されている眼底像やOCT画像を観察して被検眼Eの動きを把握する。そして、ユーザは、被検眼Eが所定時間(たとえば2秒間)にわたり動かなかったと判断したタイミングで、操作部242を用いて所定の指示入力を行う。この指示入力は、たとえば、血流情報を取得するためのOCT計測の終了指示、または血流情報の生成処理の開始指示であってよい。ユーザによる操作を受けた操作部242は、制御部210に操作信号を送る。
主制御部211は、ステップS44で操作部242から出力された操作信号を受けたことに対応し、リングバッファに現時点において記憶されている全てのデータを読み出す。そして、主制御部211は、読み出されたデータを画像形成部220に送る。
画像形成部220は、ステップS45で読み出されたデータに基づいて画像を形成する。この処理は、位相画像形成部222が当該データから位相画像を形成する処理を少なくとも含む。また、この段階において(またはそれ以前の任意のタイミングにおいて)、断層像形成部221は、注目血管の向きを求めるためのデータから断層像を形成する処理を実行する。
画像処理部230は、ステップS46で形成された位相画像及び断層像に基づいて、血流情報を生成する。この処理は、第1の実施形態と同様にして実行される(図7のステップS10〜ステップS14を参照)。
主制御部211は、ステップS47で生成された血流情報を表示部241に表示させる。また、主制御部211は、患者IDに関連付けて血流情報を記憶部212に記憶させる。以上で、本動作例に関する処理は終了となる。
以上に説明した構成は、この発明を好適に実施するための一例に過ぎない。よって、この発明の要旨の範囲内における任意の変形(省略、置換、付加等)を適宜に施すことが可能である。
2 眼底カメラユニット
41 光路長変更部
42 光スキャナ
100 OCTユニット
200 演算制御ユニット
210 制御部
211 主制御部
212 記憶部
220 画像形成部
221 断層像形成部
222 位相画像形成部
230 画像処理部
231 血管領域特定部
232 傾き算出部
233 血流情報生成部
234 血流速度算出部
235 血管径算出部
236 血流量算出部
237 断面設定部
238 監視部
241 表示部
242 操作部
E 被検眼
Ef 眼底
Claims (11)
- 生体の注目血管に関する血流情報を取得する血流計測装置であって、
光コヒーレンストモグラフィを用いて前記注目血管に交差する断面を走査する走査部と、
前記走査により取得されたデータに基づいて前記断面の画像を形成する画像形成部と、
前記画像を処理する画像処理部と、
制御部と
を備え、
前記制御部は、前記注目血管の1以上の断面を反復的に走査するように前記走査部を制御し、
前記画像形成部は、当該反復的な走査により取得されたデータに基づいて、前記1以上の断面における位相差の経時的変化を表す位相画像を形成し、
前記画像処理部は、前記位相画像により表される前記位相差の経時的変化に基づいて所定の信号を出力し、
前記制御部は、前記所定の信号を受けたことに対応し、前記血流情報を取得するための走査を前記走査部に開始させる
ことを特徴とする血流計測装置。 - 前記画像処理部は、前記位相画像の少なくとも一部の領域における信号強度の経時的変化を監視することにより血流に関する所定の時相を検出し、前記所定の時相に対応するタイミングで前記所定の信号を出力する監視部を含む
ことを特徴とする請求項1に記載の血流計測装置。 - 前記監視部は、前記注目血管に相当する前記位相画像中の血管領域の少なくとも一部における信号強度の経時的変化を監視する
ことを特徴とする請求項2に記載の血流計測装置。 - 前記制御部は、前記血流情報を取得するための走査として、前記注目血管の第1断面を反復的に走査する第1走査と、少なくとも1つが前記第1断面と異なる2以上の第2断面を走査する第2走査とを前記走査部に実行させ、
前記画像形成部は、前記第1走査により取得されたデータに基づいて、前記第1断面における位相差の経時的変化を表す位相画像を形成し、かつ、前記第2走査により取得されたデータに基づいて前記2以上の第2断面の画像を形成し、
前記画像処理部は、
前記第1断面の前記位相画像において前記注目血管に相当する第1血管領域を特定し、かつ、前記2以上の第2断面の画像において前記注目血管に相当する2以上の第2血管領域を特定する血管領域特定部と、
前記2以上の第2血管領域に基づいて、前記第1断面における前記注目血管の傾きを算出する傾き算出部と、
前記第1断面の前記位相画像における前記第1血管領域と前記注目血管の傾きとに基づいて、前記血流情報を生成する血流情報生成部と
を含む
ことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の血流計測装置。 - 前記制御部は、前記所定の信号を受けたことに対応して前記第1走査と前記第2走査とを交互に実行させるように前記走査部を制御する
ことを特徴とする請求項4に記載の血流計測装置。 - 前記制御部は、前記第2走査において2つの第2断面を走査するように前記走査部を制御し、
前記2つの第2断面の一方は前記第1断面である
ことを特徴とする請求項5に記載の血流計測装置。 - 前記制御部は、前記所定の信号を受けたことに対応して前記第2走査を開始させ、当該第2走査の終了後に前記第1走査を開始させるように前記走査部を制御する
ことを特徴とする請求項4に記載の血流計測装置。 - 前記制御部は、前記所定の信号を受けたことに対応して前記第1走査を開始させ、当該第1走査の終了後に前記第2走査を開始させるように前記走査部を制御する
ことを特徴とする請求項4に記載の血流計測装置。 - 前記血流情報生成部は、前記第1断面の前記位相画像における前記第1血管領域と前記注目血管の傾きとに基づいて、前記注目血管内を流れる血液の前記第1断面における血流速度の経時的変化を求める血流速度算出部を含む
ことを特徴とする請求項4〜請求項8のいずれか一項に記載の血流計測装置。 - 前記血流情報生成部は、
前記第1断面を走査して取得されたデータに基づき形成された画像に基づいて、前記第1断面における前記注目血管の径を算出する血管径算出部と、
前記血流速度の経時的変化と前記注目血管の径とに基づいて、前記注目血管内を流れる血液の流量を算出する血流量算出部と
を含む
ことを特徴とする請求項9に記載の血流計測装置。 - 生体の注目血管に関する血流情報を取得する血流計測装置であって、
光コヒーレンストモグラフィを用いて前記注目血管に交差する断面を走査する走査部と、
前記走査により取得されたデータに基づいて前記断面の画像を形成する画像形成部と、
前記画像を処理する画像処理部と、
前記走査部により取得されたデータを記憶する記憶部と、
ユーザが指示を入力するための指示入力部と、
制御部と
を備え、
前記制御部は、前記注目血管の1以上の断面に対する反復的な走査を前記走査部に開始させ、前記指示入力部により入力された指示を受けて、当該指示の入力タイミングと当該入力タイミングより既定時間前のタイミングとの間に前記記憶部に記憶されたデータを読み出し、
前記画像形成部は、前記制御部により読み出されたデータに基づいて、前記1以上の断面における位相差の経時的変化を表す位相画像を形成し、
前記画像処理部は、前記位相画像に基づいて前記血流情報を生成する
ことを特徴とする血流計測装置。
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