JP6647013B2 - 画像処理装置、画像処理方法及び光干渉断層撮影装置 - Google Patents

Description

本発明は、被検体の偏光断層画像を処理する画像処理装置及び画像処理方法、光干渉を用いて被検体を断層撮影する光干渉断層撮影装置に関する。

近年、眼科装置において、眼底組織の光学特性や動き等をイメージングすることが可能な光干渉断層計（ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ；以下ＯＣＴ）の開発が試みられている。このようなＯＣＴの一つである偏光ＯＣＴ装置は、眼底組織の光学特性の一つである偏光特性（リターデーションとオリエンテーション、偏光解消）を用いてイメージングを行う。リターデーションやオリエンテーションは、被検体の偏光異方性（複屈折）を表す指標である。リターデーションにより異方性の度合い、オリエンテーションにより光学軸の方向を可視化する事ができる。偏光異方性は、例えば、組織を構成する繊維質の屈折率の異方性に起因する。また、偏光解消は、被検体が偏光を解消する度合いを表す指標である。偏光解消は、例えば、微小構造を有する組織（例えばメラニン）において、測定光が反射する際に偏光の方向や位相がランダムに変化する事に起因すると考えられている（非特許文献１参照）。

偏光ＯＣＴは、偏光特性を利用して、偏光断層画像を構成し、眼底組織の区別やセグメンテーションを行うことができる。偏光ＯＣＴ装置は、試料を観測する測定光として円偏光に変調した光を用い、干渉光を２つの互いに直交する偏光成分として分割して検出し、偏光断層画像を生成する。２つの直交する偏光成分の位相差を示す偏光断層画像としてリターデーション（複屈折の度合い）とオリエンテーション（光学軸の方向）を算出することができる。また、偏光成分の強度や位相差からストークスベクトルが得られる。眼底の特定の組織において、偏光が解消することが知られており、リターデーションやストークスベクトルが不均一となる。ストークスベクトルから偏光の均一性を示すＤＯＰＵ（ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）を算出することで、偏光解消の程度を取得することができる（非特許文献２参照）。このとき、取得される断層画像に任意のウィンドウを設定し、各ウィンドウに対してＤＯＰＵを計算する。ＤＯＰＵは、偏光の均一性を表す数値であり、偏光が保たれている個所においては１に近い数値となり、偏光が解消された箇所においては１よりも小さい数値となるものである。ＤＯＰＵにより、ウィンドウ内の均一性を算出する事で、安定して偏光解消を評価する事ができる。

例えば、網膜内の構造においては、視神経繊維層（ＮＦＬ）が偏光異方性を有する。ＮＦＬを観測する事で、視神経繊維層の異常にまつわる疾患（例えば、緑内障）の診断に役立つ事が期待されている。また、網膜内の構造においては、網膜色素上皮（ＲＰＥ）層が偏光を解消する性質を持つ。偏光を解消する性質を持つ領域（偏光解消領域）を取得する事でＲＰＥ層を可視化する事が出来、ＲＰＥ層の異常に関する疾患（例えば、加齢黄班変性）の診断に役立つ事が期待されている。

Ｂ．Ｂａｕｍａｎｎ，ｅｔ ａｌ，"Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ ｏｆ ｍｅｌａｎｉｎ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ ｃｏｎｔｒａｓｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｄｅｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ"，Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ ＯＰＴＩＣＳ ＥＸＰＲＥＳＳ，Ｖｏｌ．３，Ｎｏ．７，Ｐ１６７０−１６８３（２０１２） Ｅ．Ｇｏｔｚｉｎｇｅｒ，ｅｔ ａｌ，"Ｒｅｔｉｎａｌ ｐｉｇｍｅｎｔ ｅｐｉｔｈｅｌｉｕｍ ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｂｙ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ"，ＯＰＴＩＣＳ ＥＸＰＲＥＳＳ，Ｖｏｌ．１６，Ｎｏ．２１，Ｐ１６４１０−１６４２２（２００８）

偏光ＯＣＴではリターデーションやオリエンテーション、ＤＯＰＵなどを偏光情報から求めるために解析データが膨大になり、解析処理に時間を要する。そのため、撮影から解析結果を表示するまでの時間短縮が偏光ＯＣＴの課題である。特に、ＤＯＰＵの計算は、長時間を要してしまう課題があった。これは、断層画像の全領域にウィンドウを設定する必要があり、また、２つの直交する偏光成分の強度比と位相差を用いて、画素毎にストークスベクトルを計算する必要があるからである。また、各ウィンドウにおいて画素毎に計算されたストークスベクトルの各要素（ストークスパラメータ）を平均した値を元に、ＤＯＰＵの計算が実行されるためでもある。

本発明の目的の一つは、このような問題点に鑑みなされたもので、偏光解消領域の抽出に要する計算時間を高速化することである。

本発明に係る画像処理装置の一つは、
光干渉を用いて被検体から取得される互いに異なる偏光の光に対応する複数の断層信号を処理する画像処理装置において、
前記複数の断層信号に基づいて、前記被検体のリターデーションの値を演算する第一の演算手段と、
前記演算されたリターデーションの値の分布に基づいて、前記被検体のリターデーション画像における前記被検体の偏光解消領域の候補領域を抽出する第一の抽出手段と、
前記抽出された候補領域の前記複数の断層信号に基づいて、前記抽出された候補領域の偏光の均一性を示す値の分布を演算する第二の演算手段と、
前記演算された偏光の均一性を示す値の分布に基づいて、前記抽出された候補領域の偏光の均一性を示す画像における前記被検体の偏光解消領域を抽出する第二の抽出手段と、を有する。

また、本発明に係る画像処理装置の一つは、
光干渉を用いて被検体から取得される互いに異なる偏光の光に対応する複数の断層信号を処理する画像処理装置において、
前記複数の断層信号を用いて得た前記被検体の偏光の位相差を示す値に基づいて、前記被検体の偏光の位相差を示す画像における前記被検体の偏光解消領域の候補領域を抽出する第一の抽出手段と、
前記抽出された候補領域の前記複数の断層信号を用いて得た前記抽出された候補領域の偏光の均一性を示す値に基づいて、前記抽出された候補領域の偏光の均一性を示す画像における前記被検体の偏光解消領域を抽出する第二の抽出手段と、を有する。

本発明によれば、偏光解消領域の抽出に要する計算時間を高速化することが出来る。

本実施形態に係る画像処理装置としての撮影フローを示す図である。 本実施形態に係る画像処理装置を示す図である。 本実施形態に係る画像処理装置の断層画像を示す図である。 本実施形態に係る画像処理装置で取得される偏光解消層のリターデーション分布を示す図である。 本実施形態に係る画像処理装置で取得される非偏光解消層と偏光解消層のリターデーション分布を示す図である。 本実施形態に係る各種マップを示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。図２は、本実施形態に係る画像処理装置を内部に含む、あるいは本実施形態に係る画像処理装置を通信可能に接続された光干渉断層撮影装置を示す図である。なお、本実施形態においては、被検眼を被検体とし、被検体の画像を得る光干渉断層撮影装置（眼科装置）について説明する。図２に示すように、光干渉断層撮影装置は、スペクトル領域型の偏光ＯＣＴ（ｓｐｅｃｔｒａｌ−ｄｏｍａｉｎ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ＯＣＴ；以下、ＳＤ−ＰＳ−ＯＣＴ）である。光干渉断層撮影装置は、干渉光学計１００、前眼部撮像部１６０、内部固視灯１７０及び制御装置１８０を有している。前眼部撮像部１６０により観察される被検体の前眼部の画像を用いて、装置のアライメントが行われ、アライメント完了後に、内部固視灯１７０を点灯し、被検眼に注視させた状態で、干渉光学計１００による眼底の撮像が行われる。

＜干渉光学計１００＞
次に、干渉光学計１００の構成について説明する。光源１０１は、低コヒーレント光源であるＳＬＤ（ｓｕｐｅｒ ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ ｄｉｏｄｅ）であり、中心波長８５０ｎｍ、バンド幅５０ｎｍの光を出射する。光源１０１としてＳＬＤを用いたが、ＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）等、低コヒーレント光が出射できる光源であれば何れでも良い。光源１０１から出射された光は、偏光保持ファイバ１０２、偏光コントローラ１０３を介して、偏光保持ファイバカップラ１０４に導かれ、測定光と参照光に分岐される。

偏光コントローラ１０３は、光源１０１から出射された光の偏光の状態を調整するものであり、光を直線偏光に調整する。本実施形態の場合、偏光コントローラ１０３は、後述するファイバカップラ１２３内の偏光ビームスプリッタで分岐される偏光方向を基準にして、垂直方向に偏光調整する。本実施形態では、偏光コントローラ１０３は、インラインの偏光コントローラとするが、これに限定されるものではない。偏光コントローラ１０３は、例えば、複数のパドルを有するパドル型の偏光コントローラであってもよい。また例えば、偏光コントローラ１０３は、λ／４波長板とλ／２波長板とを組合せた偏光コントローラであってもよい。

偏光保持ファイバカップラ１０４の分岐比は、９０（参照光）：１０（測定光）である。分岐された測定光は、偏光保持ファイバ１０５を介してコリメータ１０６から平行光として出射される。出射された測定光は、Ｘスキャナ１０７、レンズ１０８、１０９、Ｙスキャナ１１０を介し、ダイクロイックミラー１１１に到達する。ここで、Ｘスキャナ１０７とＹスキャナ１１０は、眼底Ｅｒにおいて測定光をそれぞれ水平方向と垂直方向にスキャンするガルバノミラーから構成される。Ｘスキャナ１０７及びＹスキャナ１１０は、駆動制御部１８１により制御され、眼底Ｅｒの領域を測定光により走査することができる。

ダイクロイックミラー１１１は、８００ｎｍ〜９００ｎｍの光を反射し、それ以外の光を透過する特性を有する。ダイクロイックミラー１１１により反射された測定光は、レンズ１１２を介し、４５°傾けて設置されたλ／４波長板１１３を通過する事で位相が９０°ずれ、円偏光の光に偏光制御される。ここで、被検眼に入射される光は、λ／４波長板１１３を４５°傾けて設置することで円偏光の光に偏光制御されるが、被検眼の特性により眼底Ｅｒにおいて円偏光とならない場合がある。そのため、駆動制御部１８１の制御により、λ／４波長板１１３の傾きを微調整できるように構成されている。

円偏光に偏光制御された測定光は、ステージ１１６上に乗ったフォーカスレンズ１１４により、被検体である眼の前眼部Ｅａを介し、眼底Ｅｒの網膜層にフォーカスされる。眼底Ｅｒを照射した測定光は各網膜層で反射・散乱し、上述の光学経路を経由して偏光保持ファイバカップラ１０４に戻る。

一方、偏光保持ファイバカップラ１０４で分岐された参照光は、偏光保持ファイバ１１７を介してコリメータ１１８から平行光として出射される。出射された参照光は２２．５°傾けて設置されたλ／４波長板１１９で偏光制御される。参照光は分散補償ガラス１２０を介し、コヒーレンスゲートステージ１２１上のミラー１２２で反射され、偏光保持ファイバカップラ１０４に戻る。参照光は、λ／４波長板１１９を二度通過する事で直線偏光の光が偏光保持ファイバカップラ１０４に戻ることになる。本実施形態の場合、後述するファイバカップラ１２３で分岐される偏光方向を基準にして、４５°直線偏光に偏光調整する。コヒーレンスゲートステージ１２１は、被検者の眼軸長の相違等に対応する為、駆動制御部１８１で制御されている。

偏光保持ファイバカップラ１０４に戻った測定光の反射光と参照光は合波されて干渉光となり、偏光ビームスプリッタを内蔵したファイバカップラ１２３に入射し、異なる偏光方向であるＰ偏光の光とＳ偏光の光に分岐比５０：５０で分割される。Ｐ偏光の光は、偏光保持ファイバ１２４、コリメータ１３０を介し、グレーティング１３１により分光されレンズ１３２、ラインカメラ１３３で受光される。同様に、Ｓ偏光の光は、偏光保持ファイバ１２５、コリメータ１２６を介し、グレーティング１２７により分光されレンズ１２８、ラインカメラ１２９で受光される。なお、グレーティング１２７、１３１、ラインカメラ１２９、１３３は、各偏光の方向に合わせて配置されている。ラインカメラ１２９、１３３でそれぞれ受光した光は、光の強度に応じた電気信号として出力され、信号処理部１８２で受ける。

＜前眼部撮像部１６０＞
前眼部撮像部１６０について説明する。前眼部撮像部１６０は、波長１０００ｎｍの照明光を発するＬＥＤ１１５ａ、１１５ｂから成る照明光源１１５により前眼部Ｅａを照射する。前眼部Ｅａで反射された光は、フォーカスレンズ１１４、λ／４波長板１１３、レンズ１１２、ダイクロイックミラー１１１を介し、ダイクロイックミラー１６１に達する。ダイクロイックミラー１６１は、９８０ｎｍ〜１１００ｎｍの光を反射し、それ以外の光を透過する特性を有する。ダイクロイックミラー１６１で反射された光は、レンズ１６２、１６３、１６４を介し、前眼部カメラ１６５で受光される。前眼部カメラ１６５で受光された光は、電気信号に変換され、信号処理部１８２で受ける。

＜内部固視灯１７０＞
内部固視灯１７０について説明する。内部固視灯１７０は、表示部１７１及びレンズ１７２を有する。表示部１７１には、複数の発光ダイオード（ＬＤ）がマトリックス状に配置されたものを用いる。発光ダイオードの点灯位置は、駆動制御部１８１の制御により撮像したい部位に合わせて変更される。表示部１７１からの光は、レンズ１７２を介し、被検眼に導かれる。表示部１７１から出射される光は５２０ｎｍで、駆動制御部１８１により所望のパターンが表示される。

＜制御装置１８０＞
制御装置１８０について説明する。制御装置１８０は、駆動制御部１８１、信号処理部１８２、制御部１８３、表示部１８４から構成される。駆動制御部１８１は、上述の通り各部を制御する。信号処理部１８２は、ラインカメラ１２９、１３３及び前眼部カメラ１６５それぞれから出力される信号に基づき、画像を生成する。信号処理部１８２はまた、生成した画像の解析、解析結果の可視化情報の生成を行う。なお、画像の生成などの詳細については、後述する。制御部１８３は、光干渉断層撮影装置全体を制御すると共に、信号処理部１８２で生成された画像等を表示部１８４の表示画面に表示する。表示部１８４は、制御部１８３の制御の下、後述するように種々の情報を表示する。ここで、表示部１８４は、例えば、液晶等のディスプレイである。なお、信号処理部１８２で生成された画像データは、制御部１８３に有線で送信されても良いし、無線で送信されても良い。この場合、制御部１８３を画像処理装置とみなすことができる。なお、制御装置１８０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等で構成され、後述する制御装置１８０の機能や処理は、ＣＰＵがＲＯＭ等に格納されているプログラムを読み出し、このプログラムを実行することにより実現されるものである。

＜画像処理方法＞
次に、信号処理部１８２における画像生成、画像解析について説明する。

＜断層信号生成＞
信号処理部１８２は、ラインカメラ１２９、１３３から入力した干渉信号に対して、ＳＤ−ＰＳ−ＯＣＴに用いられる再構成処理を行うことで、断層信号を生成する。まず信号処理部１８２は、干渉信号から固定パターンノイズ除去を行う。固定パターンノイズ除去は検出した複数のＡスキャンを平均することで固定パターンノイズを抽出し、これを入力した干渉信号から減算することで行われる。次に信号処理部１８２は、干渉信号を波長から波数の関数に変換し、フーリエ変換を行うことによって断層信号を生成する。以上の処理を２つの偏光成分の干渉信号に対して行うことにより、各偏光成分に基づいた２つの断層信号ＡＨ、ＡＶと断層信号の位相ΦＨ、ΦＶが生成される。

＜輝度画像生成＞
信号処理部１８２は、前述した２つの断層信号から断層輝度画像を生成する。信号処理部１８２は、断層信号を、Ｘスキャナ１０７及びＹスキャナ１１０の駆動に同期して整列させることにより、各偏光成分に基づいた２つの断層画像（第１の偏光に対応する断層画像、第２の偏光に対応する断層画像とも言う）を生成する。輝度画像は従来のＯＣＴにおける断層画像と基本的に同じもので、その画素値ｒは各ラインカメラ１２９、１３３から得られた断層信号ＡＨ、ＡＶから（式１）によって計算される。図３（ａ）に黄斑部の輝度画像の例を示す。

＜リターデーション画像生成＞
次に、偏光の位相差を示す画像の一例であるリターデーション画像の生成について説明する。第一の演算手段の一例である信号処理部１８２は、互いに直行する偏光成分の断層信号からリターデーション画像を生成する。リターデーション画像の各画素の値δは、断層像を構成する各画素の位置において、垂直偏光成分と水平偏光成分の間の位相差を数値化したものであり、各断層信号ＡＨ、ＡＶの振幅から（式２）によって計算される。
δ＝ａｒｃｔａｎ［ＡＶ／ＡＨ］ ・・・（式２）
図３（ｂ）は、このように生成された黄斑部のリターデーション画像（偏光の位相差を示す断層画像とも言う）の例を示したものであり、各Ｂスキャン画像に対して（式２）を計算することによって得ることができる。図３（ｂ）は、断層画像において位相差が生じる箇所を表示しており、濃淡の濃い場所は位相差が小さく、濃淡の淡い場所は位相差が大きいことを表している。図３（ｂ）の右側の濃淡バーは、リターデーションが０から９０°の値を表す。リターデーション画像を生成することにより、複屈折性のある層を把握することが可能となる。網膜内の構造においては、視神経繊維層（ｎｅｒｖｅ ｆｉｂｅｒ ｌａｙｅｒ；以下、ＮＦＬ）が特異的な複屈折性を持つ。

干渉光が偏光解消されている場合のリターデーションについて説明する。偏光解消は例えば、組織内の微小構造（例えばメラミン）での反射に由来すると考えられている。偏光解消する領域では、微小構造の境界面で測定光が反射する際に、偏光が変化する。偏光の変化の仕方は反射面によって異なり、異なる偏光が不均一（ランダム）に混合されて反射光となる。すなわち反射光の偏光成分の振幅が不均一（ランダム）になる。偏光の解消の仕方は、測定光を反射する微小構造の大きさと撮影装置の分解能との関係によって変わる。

微小構造による反射に対し、撮影装置の分解能が低い場合、不均一な偏光は平均化されて観測される。観測される偏光成分には偏りが無い為、偏光ビームスプリッタで分岐した互いに直交する偏光成分の強度は等しくなる（ＡＶ＝ＡＨ）。従って、（式２）で算出するリターデーションは（式３）のように一定値となる。
δ＝ａｒｃｔａｎ（ＡＶ／ＡＨ）＝ｔａｎ−１（１）＝４５° ・・・（式３）
偏光解消する領域では、リターデーションは定義できない為、不正確な値が算出されている事になる。

一方、微小構造による反射に対し、撮影装置の分解能が高い場合、不均一（ランダム）な偏光は分離して観測される。その結果、図４に示すように観測される偏光成分の強度比（ＡＶ／ＡＨ）も画素毎に不均一な値となる。従って、（式２）で算出するリターデーションも画素毎に不均一となる。不均一で局所的な状態が算出されている為、被検体の組織の正確な状態を表しているとは言い難い。なお、不均一なリターデーションとなる場合でも、リターデーションの値を空間的に平均化すると一定値（δ＝４５°）に近づく。なお、リターデーションの値を空間的に平均化した値（平均値）は、リターデーションの値の均一性を示す値の一例である。

リターデーションが一定値となるか不均一となるかは、撮影装置の相対的な分解能の違いであり、本質的には同じ現象である。本実施形態の中では、不均一な状態になる場合も含めて、偏光解消と呼ぶ。

被検体が眼である場合、偏光解消する領域の例としては、網膜色素上皮（ｒｅｔｉｎａｌ ｐｉｇｍｅｎｔｅｄ ｅｐｉｔｈｅｌｉｕｍ；以下、ＲＰＥ）が挙げられる。図３（ｂ）の例では、Ａに示す領域がリターデーションを空間的に平均した場合に４５度となる領域であり、偏光解消の候補領域となる。この偏光解消の候補領域を抽出した例を図３（ｃ）に示す。

＜リターデーションマップの生成＞
網膜の平面方向であるリターデーションマップを生成する画像生成手段の一例である信号処理部１８２は、複数のＢスキャン像に対して得たリターデーション（Ｒｅｔａｒｄａｔｉｏｎ）画像からリターデーションマップを生成する。まず、信号処理部１８２は、各Ｂスキャン画像において、網膜色素上皮（以下、「ＲＰＥ」ともいう）を検出する。ＲＰＥは偏光を解消する性質を持っているため、各Ａスキャンを深度方向に沿って内境界膜（以下、「ＩＬＭ」ともいう）からＲＰＥを含まない範囲でリターデーションの分布を調べ、その最大値を当該Ａスキャンにおけるリターデーションの代表値とする。信号処理部１８２は、以上の処理を全てのリターデーション画像に対して行うことにより、リターデーションマップを生成する。図６（ａ）には、視神経乳頭部のリターデーションマップの例が示されている。また、図６（ｃ）には、視神経乳頭部及び黄斑部のリターデーションマップの例が示されている。濃淡の濃い場所は上記比を示す値が小さく、濃淡の淡い場所は上記比を示す値が大きいことを表している。視神経乳頭部において、複屈折性を持つ層としては網膜神経線維層（以下、「ＲＮＦＬ」ともいう）であり、リターデーションマップは、２つの偏光がＲＮＦＬの複屈折性とＲＮＦＬの厚みとで受ける影響の違いを示す画像である。そのため、ＲＮＦＬが厚い箇所では上記比を示す値が大きくなり、ＲＮＦＬが薄い箇所では上記比を示す値が小さくなる。したがって、リターデーションマップにより、眼底全体のＲＮＦＬの厚みを把握することが出来、緑内障の診断に用いることが出来る。

＜複屈折マップの生成＞
信号処理部１８２は、先に生成されたリターデーション画像の各Ａスキャン画像において、ＩＬＭからＲＮＦＬの範囲でリターデーションδの値を線形近似し、その傾きを当該Ａスキャン画像の網膜上の位置における複屈折として決定する。すなわち、リターデーションはＲＮＦＬにおける距離と複屈折と積であるため、各Ａスキャン画像において深さとリターデーションの値をプロットすると線形の関係が得られる。したがって、このプロットに対して最小二乗法等により線形近似を行い、その傾きを求めればそれが当該Ａスキャン画像におけるＲＮＦＬの複屈折の値となる。この処理を取得した全てのリターデーション画像に対して行うことで、網膜の平面方向である複屈折マップを生成する。図６（ｂ）には、視神経乳頭部の複屈折マップの例が示されている。複屈折マップは、複屈折の値を直接マップ化するため、ＲＮＦＬの厚さが変化しない場合であっても、その繊維構造が変化した場合に、複屈折の変化として描出することができる。

＜オリエンテーション画像生成＞
次に、偏光の位相差を示す画像の一例であるオリエンテーション画像の生成について説明する。信号処理部１８２は、互いに直行する偏光成分の断層信号の位相ΦＨ、ΦＶからオリエンテーション画像を生成する。オリエンテーション画像の各画素の値θは、断層像を構成する各画素の位置において、測定光に対する光軸の方向を表している。互いに直行する偏光成分の断層信号の位相の差ΔΦ（＝ΦＶ−ΦＨ）から（式４）によって計算される。
θ＝（π−ΔΦ）／２ ・・・（式４）
図６（ｄ）には、視神経乳頭部及び黄斑部のオリエンテーションマップの例が示されている。光学軸の向きは、被検体の内部構造の異方性に起因する。異方性は例えば、神経繊維の走行によって発生する。そのため、オリエンテーション画像を生成する事により、複屈折がある層の異方性の向きを把握する事が可能となる。干渉光が偏光解消されている場合について説明する。偏光解消されている場合、各偏光成分の位相に相関が無い（もしくはランダムになる）ため、位相差ΔΦは、ばらついた値となる。偏光解消する領域では、オリエンテーションは定義できない為、断層像で表示した場合、不正確な値が算出されている事になる。

＜ＤＯＰＵ画像生成＞
次に、ＤＯＰＵ（ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）像の生成について説明する。ＤＯＰＵは、偏光の均一性を表す数値であり、偏光が保たれている個所においては１に近い数値となり、偏光が解消された箇所においては１よりも小さい数値となるものである。第二の演算手段の一例である信号処理部１８２は、取得した断層信号ＡＨ、ＡＶとそれらの位相ΦＨ、ΦＶの差ΔΦ（＝ΦＶ−ΦＨ）から、画素毎にストークスベクトルＳを（式５）により計算する。

次に、信号処理部１８２は、各Ｂスキャン画像を概ね測定光の主走査方向に７０μｍ、深度方向に１８μｍ程度の大きさのウィンドウを設定する。そして、信号処理部１８２は、各ウィンドウにおいて（式５）で画素毎に計算されたストークスベクトルの各要素（ストークスパラメータ）を平均する。そして、信号処理部１８２は、当該ウィンドウ内のＤＯＰＵを（式６）により計算する。

ただし、Ｑｍ、Ｕｍ、Ｖｍは、各ウィンドウ内のストークスパラメータＱ、Ｕ、Ｖを平均し、強度Ｉで規格化した値である。ＤＯＰＵにより、ウィンドウ内の均一性を算出する事で、安定して偏光解消を評価する事ができる。ＤＯＰＵのウィンドウサイズを適切に選択することにより偏光解消時に、リターデーションが一定値となる場合と、不均一となる場合どちらでも評価できる。平均化する領域はウィンドウの大きさで決まるが、被検体及び撮影装置の分解能や画素サイズ等を考慮して、決定すれば良い。

信号処理部１８２は、この処理を以下に述べる偏光解消の候補領域に対して行うことで、図３（ｄ）に示す黄斑部のＤＯＰＵ画像（偏光の均一度を示す断層画像とも言う）を生成する。図３（ｄ）の右側の濃淡バーは、ＤＯＰＵが０から１の値を表す。濃淡の淡い場所は偏光が均一で、濃淡の濃い場所は偏光が不均一であることを表している。

次に、第二の抽出手段の一例である信号処理部１８３が行う、ＤＯＰＵの値から偏光解消領域を抽出する方法について説明する。網膜内の構造においては、網膜色素上皮（ＲＰＥ）が偏光を解消する性質があるため、ＤＯＰＵ画像においてＲＰＥに対応する部分は、他の領域に対してその値が小さくなる。従って、ＤＯＰＵの値を閾値として、偏光解消領域を抽出する事ができる。閾値は、測定装置の画素サイズやウィンドウの設定の仕方によって変わり、事前に被検体を測定する事で、決定すればよい。例えば０．７５を閾値とすればよい。図３（ｄ）において、２層の偏光解消候補領域の内、濃淡が濃い下層の領域（Ｂの領域）が偏光解消領域のＲＰＥに相当する。上層の領域は、エリプソイド領域（ＥＺ）の下部領域に相当し、リターデーションの値から偏光解消の候補領域として抽出されるが、偏光解消度が低いため、ＤＯＰＵ計算により偏光解消層では無いと判断することが可能である。ＤＯＰＵ画像は、ＲＰＥ等の偏光を解消する層を画像化しているので、病気などによりＲＰＥが変形している場合においても、輝度の変化よりも確実にＲＰＥを画像化出来る。図３（ｅ）にＲＰＥを抽出した例を示す。図中では、濃い領域（Ｂの領域）が、ＲＰＥに相当する。

＜偏光解消の候補領域の抽出方法＞
偏光解消の候補領域の抽出にあたり、リターデーションの値を用いる方法について説明する。偏光解消の候補領域の抽出は、第一の抽出手段の一例である信号処理部１８２により実行される。一般に被検体が人眼場合、リターデーションは４５°より小さいため、この特性を利用することで、偏光解消の候補領域を抽出する事ができる。偏光解消をしない場合、すなわちリターデーションが保たれている場合、被検体の組織の偏光特性を反映した分布（ピーク）をもつ。一方、偏光解消をする場合、一定値（４５°）あるいは、平均すると約４５°となるように画素毎にばらついた値となる。リターデーションが一定値となるか不均一となるかは、撮影装置の相対的な分解能の違いによる。微小構造による反射に対し、撮影装置の分解能が低ければ、不均一な偏光が平均化されて観測されるため偏光の偏りが無くなる。偏光の偏りが無くなると、偏光成分の強度比は等しくなる（ＡＶ＝ＡＨ）。従って、リターデーションδは一定値となる。一方、微小構造による反射に対し、撮影装置の分解能が高ければ、不均一（ランダム）な偏光は分離して観測される為、偏光成分の強度比（ＡＶ／ＡＨ）も不均一な値となる。この場合、画素毎のリターデーションも不均一となる。リターデーションの不均一性は、ＤＯＰＵ計算時と同様に、所定のウィンドウを設けて、平均値やばらつきで評価すればよい。図５（ａ）はＲＦＮＬに、図５（ｂ）はＲＰＥ層にウィンドウを設定したときのリターデーションの分布例である。図５（ａ）では、リターデーションは４５°以下に偏りを持って分布しているが、一方、図５（ｂ）は、０°から８９度まで、ウィンドウ内でばらつきが大きく、偏光が解消していると判断できる。

以上のことから、偏光解消の判断指標として、例えばリターデーションの平均値を利用することが出来る。リターデーションが理想的にランダムに分布している場合、リターデーションの平均値は４５°となるが、設定したウィンドウの範囲内で平均を算出するため、誤差を含む。

そこで、信頼区間の考え方に基づき、判定指標とするリターデーションの値Ｒｔｈを決定する。ウィンドウ内のリターデーションの平均値をμ、標準偏差をσ、自由度をＮ、ｔ値をＴとすると、Ｒｔｈは式（７）より求められる。

表１は、網膜層の中で、神経線維層（ＮＦＬ）、内網状層（ＩＰＬ）、網膜色素上皮（ＲＰＥ）、脈絡膜（Ｃｈｒｏｉｄ）の４層に対し、ウィンドウを設定した時のリターデーションの平均値と標準偏差を示している。発明者らの鋭意検討の結果、ＲＰＥ層に設定したウィンドウ内のリターデーションの平均値μは４４．９°が、標準偏差σは２３°が得られている。

自由度Ｎとしてウィンドウ内の画素数から１を除いた８９を、９９．９％の信頼水準を保証するｔ値として３．２９を式（７）に代入し、Ｒｔｈとして４４．９±８．０°が得られる。即ち、ＲＰＥ層に対し同様のウィンドウを設定した場合、リターデーションの平均値は９９．９％の確率で３６．９°から５２．９°の値に収まることなる。

ここで、被検体のリターデーションが通常４５°より小さいことを鑑み、例えばウィンドウ内のリターデーションの平均値が３６．９°よりも高い場合に偏光解消の候補として抽出を行っても良い。実際の撮影においては、被検体による差異や撮影環境による誤差が乗ることを考慮し、本実施形態では更に余裕をみて平均値が３５°以上となる場合に、偏光解消の候補領域として抽出を行う。

信頼区間は装置環境やウィンドウサイズに依存するため、Ｒｔｈの値は設計事項である。そのため、装置環境や設定するウィンドウサイズに応じて適宜設定しても良い。

また、リターデーションが通常４５°より小さいことを鑑み、偏光解消の候補領域として、ウィンドウ内で４５°を超えるリターデーションの数を利用しても良い。偏光解消をしている場合、理想的にはウィンドウ内に含まれる画素の半数が４５°以上のリターデーションとなる。例えば、９０画素のウィンドウを設定する場合、４５°以上のリターデーションの画素数は、理想的には４５となる。そこで、例えば４５°以上のリターデーションの画素数が４０画素以上となる場合に、偏光解消の候補領域としても良い。

＜セグメンテーション＞
信号処理部１８２は、前述した輝度画像を用いて断層画像のセグメンテーションを行う。まず、信号処理部１８２は、処理の対象とする断層画像に対して、メディアンフィルタとＳｏｂｅｌフィルタをそれぞれ適用して画像を作成する（以下、メディアン画像、Ｓｏｂｅｌ画像とする）。次に、信号処理部１８２は、作成したメディアン画像とＳｏｂｅｌ画像から、Ａスキャン毎にプロファイルを作成する。メディアン画像では輝度値のプロファイル、Ｓｏｂｅｌ画像では勾配のプロファイルとなる。そして、信号処理部１８２は、Ｓｏｂｅｌ画像から作成したプロファイル内のピークを検出する。信号処理部１８２は、検出したピークの前後やピーク間に対応するメディアン画像のプロファイルを参照することで、網膜層の各領域の境界を抽出する。更に、信号処理部１８２は、Ａスキャンラインの方向に各層厚をそれぞれ計測し、網膜の平面方向である各層の層厚マップを作成することができる。

また、セグメンテーションの結果を使って、リターデーションから複屈折を得る事もできる。リターデーションの深さ方向への変化率（傾き）が複屈折に相当する。

＜偏光解消領域の抽出処理＞
次に、本実施形態の撮影フローを、図１を用いて説明する。図１のフローチャートは、撮影装置による、測定処理を示すフローチャートである。検者が、例えば表示部１８４に表示された測定開始ボタン（不図示）や物理的に本装置に設けられた測定開始ボタンを操作することで測定モードが選択されたとする。すると、制御装置１８０は、測定開始指示を受け付け、動作モードを測定モードに設定し、測定を開始する。

Ｓ１において、駆動制御部１８１は、測定光を被検体に照射する。

次に、Ｓ２において、制御装置１８０は、ラインカメラ１２９、１３３から干渉信号を得て、信号処理により被検体に対応する断層信号ＡＨ、ＡＶを取得する。断層信号ＡＨ、ＡＶには、被検体の偏光特性の情報が含まれている。

次に、Ｓ３において、被検体の偏光特性を算出する。算出する被検体の偏光特性は、少なくともリターデーションを含む。偏光特性としてリターデーションを算出した例を図３（ｂ）に示す。

次に、Ｓ４において、信号処理部１８２はリターデーション断層画像の全領域に対しウィンドウを設定する。設定するウィンドウサイズは、被検体及び撮影装置の分解能や画素サイズ等を考慮して、決定すれば良い。例えば、ＤＯＰＵと同様な測定光の主走査方向に７０μｍ、深度方向に１８μｍ程度の大きさとすれば良い。

次に、Ｓ５において、信号処理部１８２はＳ４で設定したウィンドウ毎にリターデーションの平均値を算出する。

次に、Ｓ６において、信号処理部１８２はＳ５で算出したリターデーションの平均値が閾値以上、例えば３５°以上となるウィンドウを偏光解消の候補領域として抽出する。偏光解消の候補領域を抽出した例を図３（ｃ）に示す。

次に、Ｓ７において、信号処理部１８２はＳ６で偏光解消の候補領域として抽出されたウィンドウに対してＤＯＰＵを算出する。

次に、Ｓ８において、信号処理部１８２は偏光解消領域を抽出する。偏光解消領域の抽出はＤＯＰＵを用いればよい。ＤＯＰＵの値が閾値以下の領域（例えば、ＤＯＰＵが０．７５以下の領域）を、偏光解消領域とすればよい。ＤＯＰＵを取得した例を図３（ｄ）に示す。

最後に、Ｓ９において、表示制御手段の一例である制御部１８３は偏光解消領域を輝度画像に重畳し、表示部１８４に重畳画像を表示して測定処理を終える。抽出した偏光解消領域を輝度画像に重畳した例を図３（ｅ）に示す。
＜比較例＞
ここで、ストークスベクトルの計算を用いずに偏光解消を検出する公知文献として、国際公開第２０１２／０２６５０５９号がある。この文献には、測定光の偏光を変化させながら信号を取得し、検出光の強度情報が変化しない領域を特定することで、偏光解消を検知するシステムが開示されている。このシステムは、測定光の偏光状態を変化させながら信号の取得を行うため、偏光を変化させながら信号を取得るための制御システムが必要となる。また、同じ撮影箇所において測定光の偏光状態を変えた複数枚の信号データが必要となるため、信号処理の計算量やデータ量が多くなり、解析に長時間を要するといった同様の課題が生じる。

＜その他の実施形態＞
上記の説明においては、光源１０１から出射された出射光は偏光コントローラ１０３で垂直偏光に調整されたが、出射光は、水平偏光等の他の方位角の直線偏光に調整されてもよい。他の方位角とする場合、波長板の角度、及び算出式を対応した形にすればよい。

また、上記実施形態の撮影装置は、スペクトル領域型のＰＳ−ＯＣＴ（ＳＤ−ＰＳ−ＯＣＴ）で説明したが、波長掃引型のＰＳ−ＯＣＴ（ｓｗｅｐｔ ｓｏｕｒｃｅ ＰＳ−ＯＣＴ）や、Ｔｉｍｅ−Ｄｏｍａｉｎ−ＯＣＴにも適用できる。また、ＥＯＭ素子（電気光学変調素子）により測定光の偏光を変調する方式のＰＳ−ＯＣＴ等他のＰＳ−ＯＣＴの方式であってもよい。

また、撮影装置の被検体は、上記実施形態に限定されるものではない。撮影装置は、被検体の偏光特性を測定するＯＣＴであればよく、例えば、皮膚、内臓、血管、歯等、眼以外の生体や、生体以外の試料等の偏光特性を測定するＯＣＴであってもよい。撮影装置はまた、内視鏡であってもよい。

また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給する。そして、そのシステム或いは装置のコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。例えば、断層信号の取得（図１のＳ１からＳ２）と、後処理（図１のＳ３からＳ９）を別々に行っても良い。

以上、上述した各実施形態によれば、被検体に偏光解消領域があっても、偏光ＯＣＴ画像を見やすく表示することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

Claims (14)

1. 光干渉を用いて被検体から取得される互いに異なる偏光の光に対応する複数の断層信号を処理する画像処理装置において、
   前記複数の断層信号に基づいて、前記被検体のリターデーションの値を演算する第一の演算手段と、
   前記演算されたリターデーションの値の分布に基づいて、前記被検体のリターデーション画像における前記被検体の偏光解消領域の候補領域を抽出する第一の抽出手段と、
   前記抽出された候補領域の前記複数の断層信号に基づいて、前記抽出された候補領域の偏光の均一性を示す値の分布を演算する第二の演算手段と、
   前記演算された偏光の均一性を示す値の分布に基づいて、前記抽出された候補領域の偏光の均一性を示す画像における前記被検体の偏光解消領域を抽出する第二の抽出手段と、
   を有することを特徴とする画像処理装置。
2. 前記第一の抽出手段は、前記リターデーション画像における前記演算されたリターデーションの値の分布が３５°以上である領域を、前記候補領域として抽出することを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
3. 前記第一の抽出手段は、前記リターデーション画像に設定するウィンドウ内における前記演算されたリターデーションの値の分布の平均値が閾値以上である領域を、前記候補領域として抽出することを特徴とする請求項１または２に記載の画像処理装置。
4. 前記抽出された偏光解消領域に基づいて、前記リターデーション画像の深さ方向に垂直な方向である前記被検体の平面方向のマップを生成する画像生成手段を更に有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像処理装置。
5. 前記複数の断層信号に基づいて、前記リターデーション画像の深さ方向に垂直な方向である前記被検体の平面方向の複数の位置で、前記深さ方向におけるリターデーションの代表値を特定し、前記特定された代表値を用いてリターデーションマップを生成する画像生成手段を更に有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像処理装置。
6. 光干渉を用いて被検体から取得される互いに異なる偏光の光に対応する複数の断層信号を処理する画像処理装置において、
   前記複数の断層信号を用いて得た前記被検体の偏光の位相差を示す値に基づいて、前記被検体の偏光の位相差を示す画像における前記被検体の偏光解消領域の候補領域を抽出する第一の抽出手段と、
   前記抽出された候補領域の前記複数の断層信号を用いて得た前記抽出された候補領域の偏光の均一性を示す値に基づいて、前記抽出された候補領域の偏光の均一性を示す画像における前記被検体の偏光解消領域を抽出する第二の抽出手段と、
   を有することを特徴とする画像処理装置。
7. 前記第一の抽出手段は、前記偏光の位相差を示す画像における前記偏光の位相差を示す値の平均値が３５°以上である領域を、前記候補領域として抽出することを特徴とする請求項６に記載の画像処理装置。
8. 前記第二の抽出手段は、前記演算された偏光の均一性を示す値が閾値以下である領域を、前記偏光解消領域として抽出することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の画像処理装置。
9. 前記抽出された偏光解消領域を、前記複数の断層信号に基づいて生成された前記被検体の断層輝度画像に重ねて表示手段に表示させる表示制御手段を更に有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の画像処理装置。
10. 測定光を照射した前記被検体からの戻り光と前記測定光に対応する参照光とを干渉して得た干渉光を分割して得た互いに異なる偏光の光を検出する検出手段を有する光干渉断層撮影装置に通信可能に接続され、
    前記検出された互いに異な偏光の光に基づいて前記断層信号が取得されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の画像処理装置。
11. 前記被検体は、被検眼であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の画像処理装置。
12. 光干渉を用いて被検体から取得される互いに異なる偏光の光に対応する複数の断層信号を処理する画像処理方法において、
    前記複数の断層信号に基づいて、前記被検体のリターデーションの値を演算する工程と、
    前記演算されたリターデーションの値の分布に基づいて、前記被検体のリターデーション画像における前記被検体の偏光解消領域の候補領域を抽出する工程と、
    前記抽出された候補領域の前記複数の断層信号に基づいて、前記抽出された候補領域の偏光の均一性を示す値の分布を演算する工程と、
    前記演算された偏光の均一性を示す値の分布に基づいて、前記抽出された候補領域の偏光の均一性を示す画像における前記被検体の偏光解消領域を抽出する工程と、
    を有することを特徴とする画像処理方法。
13. 光干渉を用いて被検体から取得される互いに異なる偏光の光に対応する複数の断層信号を処理する画像処理方法において、
    前記複数の断層信号を用いて得た前記被検体の偏光の位相差を示す値に基づいて、前記被検体の偏光の位相差を示す画像における前記被検体の偏光解消領域の候補領域を抽出する工程と、
    前記抽出された候補領域の前記複数の断層信号を用いて得た前記抽出された候補領域の偏光の均一性を示す値に基づいて、前記抽出された候補領域の偏光の均一性を示す画像における前記被検体の偏光解消領域を抽出する工程と、
    を有することを特徴とする画像処理方法。
14. 請求項１２または１３に記載の画像処理方法の各工程をコンピュータに実行させるためのプログラム。

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