JP6653174B2 - 断層像撮影装置 - Google Patents

Description

本発明は、断層像撮影装置、更に詳細には、被検眼眼底が観察可能な眼底撮影ユニットと、該眼底撮影ユニットと接続され光源から出力された光を走査して被検眼眼底からの信号光を参照光と重畳させて生成される干渉光に基づき眼底の断層像を撮影するＯＣＴユニットを備えた断層像撮影装置に関する。

眼科診断機の一つで、眼底の断層像を撮影するＯＣＴ(Optical Coherence Tomography)という光干渉を利用した断層像撮影装置がある。一般的なＯＣＴの撮影を行えば、得られる断層像は，例えば４０枚／秒の速度で撮影され、一度の検査（網膜中のある一部分での撮影）で１００枚以上画像が取得され、撮影済画像群が作成される。

断層像の撮影に際しては、断層像撮影装置本体を被検眼に対して上下左右に移動したり押し込み量を調節して、眼底の狙った位置の断層像が得られるようにアライメント操作を行い、また断層像が鮮明に撮れるように、フォーカス操作が行われる。

このアライメント／フォーカス操作によるアライメント／フォーカス状態がどの程度良好かを表す指標が画質パラメータと呼ばれており、ＱＩ（quality index)、あるいはＳＳＩ（signal strength index）等とも呼ばれている。画質パラメータは、その数値が小さければ、調整次第ではもっと鮮明な断層像が撮れる可能性があることを、また大きければ、もうそろそろ撮影ボタン押して撮影可能であることを示しており、良質な断層像を取得するための判断指標として用いられている。

このような画質パラメータを種々の方法で求めて、撮影条件に応じて画質パラメータを使い分ける技術が下記特許文献１に開示されている。

また、特許文献２には、画面全体ではなく、着目した領域の画質パラメータを求める方法が開示されており、特許文献３には、画質評価を行って断層像を撮影する技術が開示されている。

また、画質パラメータの算出に、ヒストグラムの何パーセンタイルという値を用いることが下記非特許文献１に記載されている。

特開２０１３−００９７９８号公報 特開２０１１−２１８１５５号公報 特開２００９−０４２１９７号公報

「 A new quality assessment parameter for optical coherence tomography」 British Journal of Ophthalmology, 2006;90: 186-190

断層像を撮影するとき、操作者がアライメント／フォーカス操作を行うにつれて、断層像の画質は時々刻々変化する。また断層像の撮影時には、瞬目することなく一点を固視し続けるという負担を被検者に強いるものであるため、アライメント／フォーカス調整を短時間で完了できることが望ましい。これらのことから、アライメント／フォーカス状態の良否の判断指標である画質パラメータは、時々刻々の値を提供する必要があり、短時間で算出できることが要求される。

上記各文献には、画質パラメータを算出方法が種々示されているが、全体の画質を短時間で取得できない、あるいは短時間で処理できても、ＯＣＴ断層像にはノイズが多く、画質評価がノイズに影響されやすい、という問題がある。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、短時間で処理でき、ノイズの影響を受けにくい画質評価を行って良質の眼底断層像を撮影することができる断層像撮影装置を提供することを課題とする。

本発明は、
被検眼眼底が観察可能な眼底撮影ユニットと、該眼底撮影ユニットと接続され光源から出力された光を走査して被検眼眼底からの信号光を参照光と重畳させて生成される干渉光に基づき眼底の断層像を撮影するＯＣＴユニットを備えた断層像撮影装置であって、
前記眼底撮影ユニットを被検眼に対して位置合わせするアライメント機構と、
前記ＯＣＴユニットの光学系を眼底に合焦させるフォーカス調整機構と、
前記アライメント機構によるアライメント状態及び／又はフォーカス調整機構によるフォーカス状態で撮影された眼底の断層画像を小区画に分割し、分割した小区画ごとに代表値を求めて、該求めた代表値の内選択された代表値を断層像の品質を示す画質パラメータとして算出する画質パラメータ算出手段と、
前記画質パラメータ算出手段で算出された画質パラメータの値を表示する表示器と、
を備えたことを特徴とする。

本発明では、ＯＣＴユニットにより撮影された眼底の断層画像を小区画に分割し、分割した小区画ごとに代表値を求めて、該求めた代表値の内選択された代表値を断層像の品質を示す画質パラメータとして算出している。従って、短時間で処理でき、ノイズの影響を受けにくい画質評価を行うことができるとともに、画質パラメータが所定のしきい値以上であるときに、断層像の撮影を開始するようにしているので、良質の眼底断層像を撮影することができる。

断層像撮影装置の全体構成を示すブロック図である。 ＯＣＴユニットの光学系を示す光学図である。 ＯＣＴフォーカス調整機構の光学系を示す光学図である。 眼底をｘｙ方向にスキャンする状態を示した説明図である。 取得される断層像を示した説明図である。 断層画像を小区画に分割する状態を示した説明図である。 求めた小区間の代表値を示す線図である。 画質パラメータ算出に用いられる代表値のヒストグラム図である。 画質パラメータを算出する流れを示したフローチャート図である。

以下、図面を参照しながら実施例に基づいて本発明の断層像撮影装置を詳細に説明する。ここでは、眼科検診用の断層像撮影装置で被検眼の眼底断層像を取得する例について説明する。

図１は、被検眼眼底の断層像を撮影する断層像撮影装置全体を示すブロック図である。符号１で示すものは、被検眼Ｅの眼底（網膜）Ｅｆを観察及び撮像する眼底撮影ユニット１であり、照明光学系４、撮影光学系５、走査ユニット６を備えている。

照明光学系４は、ハロゲンランプ等の観察光源とキセノンランプ等の撮影光源を備え、これらの光源からの光は照明光学系４を介して眼底Ｅｆに導かれて眼底Ｅｆを照明する。撮影光学系５は、対物レンズ、撮影レンズ、合焦レンズなどの光学系、ＣＣＤ等の撮像装置を備え、眼底Ｅｆにより反射された撮影光を撮影光路に沿って撮像装置に導き、眼底Ｅｆを撮影する。

撮影光学系５の合焦レンズは、検者が眼底撮影用フォーカス調整機構５ａを操作することにより光軸方向に移動でき、眼底撮影ユニット１を眼底に合焦させることができる。撮影光学系５は後述する眼底Ｅｆにより反射された信号光を走査ユニット６を介してＯＣＴユニット（断層像撮影ユニット）２に導く。走査ユニット６は、ＯＣＴユニット２の低コヒーレンス光源２０からの光を図１のｘ方向及びｙ方向に走査するための公知のガルバノミラーなどを備えた機構である。

眼底撮影ユニット１は、コネクタ７及び接続線８を介して眼底Ｅｆの断層像を撮像するＯＣＴユニット２と光学的に接続されている。

ＯＣＴユニット２は、例えばフーリエドメイン方式（スペクトラルドメイン法）で動作する公知のもので、図２ａにその詳細な構成が図示されており、波長が７００ｎｍ〜１１００ｎｍで数μｍ〜数十μｍ程度の時間的コヒーレンス長の光を発光する低コヒーレンス光源２０を有する。

低コヒーレンス光源２０で発生した低コヒーレンス光ＬＯは、光ファイバ２２ａにより光カプラ２２に導かれ、参照光ＬＲと信号光ＬＳに分割される。参照光ＬＲは、光ファイバ２２ｂ、コリメータレンズ２３、ガラスブロック２４、濃度フィルタ２５を経て光路長を合わせるための光軸方向に移動可能な参照ミラー２６に到達する。ガラスブロック２４、濃度フィルタ２５は、参照光ＬＲと信号光ＬＳの光路長（光学距離）を合わせるための遅延手段として、また参照光ＬＲと信号光ＬＳの分散特性を合わせるための手段として機能する。

信号光ＬＳは、光ファイバ２２ｃ、ＯＣＴユニットの光学系と被検眼眼底との合焦のためのＯＣＴフォーカス調整機構２７を経て、接続線８に挿通された光ファイバ２２ｃにより眼底撮影ユニット１に導かれ、図１の走査ユニット６、撮影光学系５を経由して眼底Ｅｆに到達し、眼底をｘ、ｙ方向に走査する。眼底Ｅｆに到達した信号光ＬＳは、眼底Ｅｆで反射し、上記の経路を逆にたどって光カプラ２２に戻ってくる。

参照ミラー２６で反射した参照光ＬＲと眼底Ｅｆで反射した信号光ＬＳは、光カプラ２２により重畳され干渉光ＬＣとなる。干渉光ＬＣは、光ファイバ２２ｄによりＯＣＴ信号検出装置２１に導かれる。干渉光ＬＣはＯＣＴ信号検出装置２１内でコリメータレンズ２１ａで平行な光束とされたのち、回折格子２１ｂに入射し分光され、結像レンズ２１ｃによりＣＣＤ２１ｄに結像される。ＯＣＴ信号検出装置２１は、分光された干渉光により眼底の深度方向（ｚ方向）の情報を示すＯＣＴ信号を発生する。

また、ＯＣＴユニットの光学系と被検眼眼底との合焦のためのＯＣＴフォーカス調整機構２７が設けてある。ＯＣＴフォーカス調整機構２７は、図２ｂに図示したように、レンズ２７ａ、２７ｂ、２７ｃを備え、その内レンズ２７ｂは検者がＯＣＴフォーカス調整機構２７を操作することにより光軸方向に移動可能でＯＣＴユニット２の光学系を眼底に合焦させる。

図１に戻って、眼底撮影ユニット１はジョイスティック、調整ノブなどのアライメント機構３３により被検眼Ｅに対してｘ、ｙ、ｚ方向に移動でき、アライメント（位置合わせ）が行われる。

断層像撮影装置には、例えば、眼底撮影ユニット１に内蔵されたマイクロコンピュータ、あるいは眼底撮影ユニット１と接続されたパーソナルコンピュータ等によって構成される画像処理装置３が設けられる。画像処理装置３には、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどで構成された制御演算部３０が設けられ、制御演算部３０は画像処理プログラムを実行することにより、全体の画像処理を制御する。また、制御演算部３０は、断層像の画質パラメータを算出する画質パラメータ算出手段３４を有する。

表示部３１は、例えば、ＬＣＤなどのディスプレイ装置によって構成され、画像処理装置３で生成あるいは処理された画像や、被検者に関する情報などの付随する情報などが表示される。また、表示部３１の表示器３１ａには、画質パラメータ算出手段３４で算出された画質パラメータの値が表示される。

操作部３２は、例えば、マウスやキーボード、操作パネル等を有し、操作者が画像処理装置３などに指示を与えるために用いられる。

画像処理装置３は、フーリエドメイン法（スペクトラルドメイン法）などの公知の解析方法を実行することにより、ＯＣＴ信号検出装置２１が検出したＯＣＴ信号に基づいて、眼底Ｅｆの断層像を形成する。形成された断層像は、例えば半導体メモリ、ハードディスク装置等により構成された記憶部３５に格納される。

このような構成で、眼底の断層像を撮影する場合、アライメント機構３３により被検眼Ｅと眼底撮影ユニット１の位置合わせ（アライメント）が行われ、また眼底撮影用フォーカス調整機構５ａにより眼底にピントがある程度正確に合わされる。その状態で低コヒーレンス光源２０をオンにして、ＯＣＴユニット２からの信号光を走査ユニット６でｘ，ｙ方向に掃引し、眼底Ｅｆを走査する。この状態が図３ａに図示されており、網膜の黄斑部が存在する領域Ｒが、ｘ軸と平行な方向に、それぞれｎ本の走査線ｙ１、ｙ２、・・・、ｙｎで走査される。

眼底Ｅｆで反射された信号光ＬＳは、ＯＣＴユニット２で参照ミラー２６で反射された参照光ＬＲと重畳される。それにより干渉光ＬＣが発生し、ＯＣＴ信号検出装置２１からＯＣＴ信号が発生する。画像処理装置３は、ＯＣＴフォーカス調整機構２７によりＯＣＴユニットの光学系と被検眼とのピントが先の状態より更に正確に合わされると、ＯＣＴ信号に基づいて眼底Ｅｆの断層画像を生成し、生成された断層画像は記憶部３５に格納される。

図３ｂには、網膜の黄斑部のほぼ中心を通過する走査線ｙｊで得られたｘｚ断層画像（Ｂ−スキャン像）の異なる時間ｔｉ（ｉ＝１〜Ｎ）での断層画像Ｔｉ（ｉ＝１〜Ｎ）が図示されている。ｔｉとｔｉ＋１の時間間隔は走査線ｙｊでのｘ方向の走査に要する時間に相当する。これらの断層画像Ｔｉ（ｉ＝１〜Ｎ）は、時間ｔｉ（ｉ＝１〜Ｎ）毎に形成され、記憶部３５に順次格納される。

このような構成で、被検眼眼底の断層像を撮影する場合、眼底撮影ユニットと被検眼とのアライメント及び／又はＯＣＴユニットの光学系と被検眼とのフォーカス状態が悪いと、理想的な状態よりも弱い干渉信号しか得ることができず、断層像が不鮮明になってしまう。

そこで、本発明では、図５に示した流れで、画質パラメータを算出し、その値が所定のしきい値以上になったら、高品質の断層像が得られると判断して断層像の撮影を行う。図５に示す処理は、制御演算部３０において画像処理プログラムを実行し、画質パラメータを演算することにより行われる。

ステップＳ１において、アライメント機構３３により眼底撮影ユニット１を被検眼に対して位置合わせするとともに、眼底撮影用フォーカス調整機構５ａおよびＯＣＴフォーカス調整機構２７により眼底に焦点を合わせる。

暫定的に断層像の撮影を行い、複数の断層画像Ｔｉのうち１枚の断層画像を取得する（ステップＳ２）。

続いて、図４ａに示すように、取得した断層画像Ｔのフレーム全体を小区間Ｔｓに分割し（ステップＳ３）、個々の小区間Ｔｓごとに代表値を求める（ステップＳ４）。各小区間Ｔｓは、例えばｎ×ｎピクセル（画素）の幅と高さを有する形状で互いに重なることなくそれぞれの辺が隣接するような区画に設定される。

図４ａ、図４ｂでは、ｎ＝４とした幅、高さとも４ピクセルずつ、面積１６ ピクセルの小区間Ｔｓに分割した例が図示されており、画質パラメータ算出手段３４はそれぞれ小区間Ｔｓについて、Ｎ番目に（例えばＮ＝４）に高い輝度値をもつピクセルの輝度値を小区間の代表値として算出する。小区間内の中央値や平均値ではなく、１６ピクセル中４番目の高い輝度値を代表値とする処理は、断層像の中でも輝度の高い（＝信号の強い）ところに注目し、ノイズの影響を除外しつつ、そのエリアの明るさに対応する値が得られる可能性が高い、と期待できることを前提にしている。従って、検者が良質な断層像を取得するために、Ｎの値を固定値とするのでなく、小区間Ｔｓのサイズ、被検眼の病状あるいは撮影環境状態に応じて随時Ｎの値を変えることができるようにしておくのが好ましい。従って、上述の例で、Ｎ＝４は、その前後、３、５とすることもできる。

このように、断層像の１フレームの各小区間Ｔｓについて求めた代表値が図４ｂに図示されている。これら各小区間で求めた代表値のうち、上位からある位置にある値を求め、これをフレーム全体の画質パラメータの値とする（ステップＳ５）。具体的には、図４ｃに示したように、小区間ごとの代表値とその数を示すヒストグラムを求め、上からＭパーセンタイルで定まる順番に位置する値（例えば、Ｍ＝０．５、つまり小区間が１０００個あれば、５番目に大きな値）を、そのフレームの画質パラメータの値とする。

信号の強さに着目したいという観点ではフレーム内で最も高い値を画質パラメータの値とするのがよい。しかし、アライメント及び／又はフォーカス状態は十分ではないが、部分的には高輝度の点が出てしまっているという断層像については、低い点数がつき、高輝度の部分がある程度の面積がないと高い点数はつかないようにするために、例えばＭの値を０．５に設定している。しかし、Ｍの値を固定値とするのではなく、良質な断層像を取得するために、図４ｃに示すように算出したヒストグラムに基づいてＭの値を設定するようにする。

算出した画質パラメータの値が所定のしきい値に達したかどうかを判定し（ステップＳ６）、しきい値に達しない場合には、調整次第ではもっと鮮明な断層像が撮れる可能性があることを示しているので、ステップＳ１に戻り、アライメント及び／又はフォーカス操作を行う。一方、画質パラメータがしきい値以上であれば、良質な断層像が得られることを示しているので、撮影が自動的に開始されるか、あるいは操作者が撮影ボタン（不図示）を押し撮影を開始する。このとき、撮影を支援するために、画質パラメータが所定のしきい値以上になったときに、表示器３１ａに表示される画質パラメータの表示を変化させるのがよい。例えば、表示する色や形状、サイズや文字のフォントを変化させたり、点滅状態を変化させる（表示を予め点滅させておき、しきい値以上になった時には点滅を停止させる、逆にしきい値以上になった時には表示を点滅させるようにする、点滅速度を変えるなど）というようなことが考えられる。

なお、画質パラメータの良否を決めるしきい値は固定値ではなく、被検者の病状や、撮影環境に応じて変えられるようにする。例えば、白内障による混濁があって強い信号が得られないような場合には、アライメント及び／又はフォーカス状態が理想的であっても画質パラメータはある程度の数値以上には上昇しないので、画質パラメータの良否を決めるしきい値は、被検者の病状や、撮影環境に応じて予め定められた値に設定できるようにする。

このように、本発明によれば、眼底の断層画像を小区画に分割し、分割した小区画ごとに代表値を求めて、該求めた代表値の内選択された代表値を断層像の品質を示す画質パラメータとして算出しているので、短時間で処理でき、ノイズの影響を受けにくい画質評価を行うことができる。

１ 眼底撮影ユニット
２ ＯＣＴユニット
３ 画像処理装置
４ 照明光学系
５ 撮影光学系
５ａ 眼底撮影用フォーカス調整機構
６ 走査ユニット
７ コネクタ
２１ ＯＣＴ信号検出装置
２１ａ 回折格子
２１ｄ ＣＣＤ
２２ 光カプラ
２６ 参照ミラー
２７ ＯＣＴフォーカス調整機構
３０ 制御演算部
３１ 表示部
３２ 操作部
３３ アライメント機構
３４ 画質パラメータ算出手段
３５ 記憶部

Claims (8)

1. 被検眼眼底が観察可能な眼底撮影ユニットと、該眼底撮影ユニットと接続され光源から出力された光を走査して被検眼眼底からの信号光を参照光と重畳させて生成される干渉光に基づき眼底の断層像を撮影するＯＣＴユニットを備えた断層像撮影装置であって、
   前記眼底撮影ユニットを被検眼に対して位置合わせするアライメント機構と、
   前記ＯＣＴユニットの光学系を眼底に合焦させるフォーカス調整機構と、
   前記アライメント機構によるアライメント状態及び／又はフォーカス調整機構によるフォーカス状態で撮影された眼底の断層画像を小区画に分割し、分割した小区画ごとに代表値を求めて、該求めた代表値の内選択された代表値を断層像の品質を示す画質パラメータとして算出する画質パラメータ算出手段と、
   前記画質パラメータ算出手段で算出された画質パラメータの値を表示する表示器と、
   を備え、
   前記画質パラメータ算出手段は、小区画を構成するピクセルの輝度値の内Ｎ番目に大きな輝度値をもつピクセルの輝度値を該小区画の代表値とし、
   前記画質パラメータが所定のしきい値以上になったときに、断層像の撮影を自動的に開始することを特徴とする断層像撮影装置。
2. 被検眼眼底が観察可能な眼底撮影ユニットと、該眼底撮影ユニットと接続され光源から出力された光を走査して被検眼眼底からの信号光を参照光と重畳させて生成される干渉光に基づき眼底の断層像を撮影するＯＣＴユニットを備えた断層像撮影装置であって、
   前記眼底撮影ユニットを被検眼に対して位置合わせするアライメント機構と、
   前記ＯＣＴユニットの光学系を眼底に合焦させるフォーカス調整機構と、
   前記アライメント機構によるアライメント状態及び／又はフォーカス調整機構によるフォーカス状態で撮影された眼底の断層画像を小区画に分割し、分割した小区画ごとに代表値を求めて、該求めた代表値の内選択された代表値を断層像の品質を示す画質パラメータとして算出する画質パラメータ算出手段と、
   前記画質パラメータ算出手段で算出された画質パラメータの値を表示する表示器と、
   を備え、
   前記画質パラメータ算出手段は、小区画を構成するピクセルの輝度値の内Ｎ番目に大きな輝度値をもつピクセルの輝度値を該小区画の代表値とし、
   前記画質パラメータが所定のしきい値以上になったときに、前記表示器に表示される画質パラメータの表示色、表示形状、表示サイズ、または表示文字のフォントを変化させる、あるいは表示の点滅状態を変化させることを特徴とする断層像撮影装置。
3. 前記画質パラメータが所定のしきい値以上になったときに、前記表示器に表示される画質パラメータの表示色、表示形状、表示サイズ、または表示文字のフォントを変化させる、あるいは表示の点滅状態を変化させることを特徴とする請求項１に記載の断層像撮影装置。
4. 前記画質パラメータ算出手段は、各小区画ごとの代表値のヒストグラムに基づいて代表値の一つを選択し断層像の画質パラメータとすることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の断層像撮影装置。
5. 前記小区画が４×４ピクセルの大きさであり、Ｎが４であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の断層像撮影装置。
6. 前記画質パラメータ算出手段は、各小区画ごとの代表値のヒストグラムに基づいて定まる上からＭパーセンタイルの順番の位置にある代表値を画質パラメータとすることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の断層像撮影装置。
7. 前記Ｍが０．５であることを特徴とする請求項６に記載の断層像撮影装置。
8. 被検眼眼底が観察可能な眼底撮影ユニットと、該眼底撮影ユニットと接続され光源から出力された光を走査して被検眼眼底からの信号光を参照光と重畳させて生成される干渉光に基づき眼底の断層像を撮影するＯＣＴユニットを備えた断層像撮影装置であって、
   前記眼底撮影ユニットを被検眼に対して位置合わせするアライメント機構と、
   前記ＯＣＴユニットの光学系を眼底に合焦させるフォーカス調整機構と、
   前記アライメント機構によるアライメント状態及び／又はフォーカス調整機構によるフォーカス状態で撮影された眼底の断層画像を小区画に分割し、分割した小区画ごとに代表値を求めて、該求めた代表値の内選択された代表値を断層像の品質を示す画質パラメータとして算出する画質パラメータ算出手段と、
   前記画質パラメータ算出手段で算出された画質パラメータの値を表示する表示器と、を備え、
   前記画質パラメータ算出手段は、各小区画ごとの代表値のヒストグラムに基づいて定まる上からＭパーセンタイルの順番の位置にある代表値を画質パラメータとすることを特徴とする断層像撮影装置。

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