JP6719891B2 - 画像処理装置及び画像処理方法 - Google Patents

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Description

本発明は、被検眼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に関する。
近年、低コヒーレンス光による干渉を利用した光断層画像撮像(Optical Coherence Tomography:OCT)装置(以下、OCT装置と記載)が実用化されている。これは、被検査物の断層画像を高分解能で且つ非侵襲に取得することができる。そのため、OCT装置は、特に眼科領域において、被検眼の眼底の断層画像を得るうえで、必要不可欠な装置になりつつある。また、眼科領域以外でも、皮膚の断層観察や、内視鏡やカテーテルとして構成して、消化器、循環器の壁面断層画像撮像等が試みられている。
眼科用OCT装置においては、眼底組織の形状をイメージングする通常のOCT画像(輝度画像とも言う)に加えて、眼底組織の光学特性や動き等をイメージングする機能OCT画像の取得が試みられている。特に、神経線維層や網膜層の描出が可能な偏光OCT装置は、機能OCT装置の一つとして開発されており、緑内障や加齢黄斑変性などを対象とした研究が進められている。また、偏光OCT装置を用いて網膜層に生じた変異を検出し、疾患の進行や治療効果を判断するための研究も進められている。
偏光OCT装置は、眼底組織の光学特性の一つである偏光パラメータ(リターデーション、オリエンテーション、DOPU(Degree of polarization uniformity))を用いて偏光OCT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。一般的に、偏光OCT装置は波長板(例えば、λ/4板やλ/2板)を用いることで、OCT装置の測定光と参照光の偏光状態を任意に変化させられるように光学系が構成されている。光源から出射される光の偏光を制御し、試料を観察する測定光に所望の偏光状態に変調した光を用い、干渉光を2つの直交する直線偏光として分割して検出して、偏光OCT画像を生成する。ここで、閾値処理により決定されるDOPUパラメータによって再構成されるDOPU画像から、偏光解消領域(偏光解消性を持つ領域)の一つである網膜の網膜色素上皮(RPE:Retinal pigment epithelium)層を特異的に描出する方法が非特許文献1に開示されている。ここで、偏光解消は、被検体において偏光が解消される度合いを表す指標である。偏光解消は、例えば、組織内の微小構造(例えばメラニン)で測定光の反射により、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。
ここで、DOPU画像は、偏光OCT装置によって取得される断層画像データを用いて算出されるDOPUパラメータを領域ごとに計算して2次元的に再構成したものである。また、DOPUパラメータは光の偏光度を示すパラメータであり、0から1までの値をとる。検出する光が完全偏光の場合に1となり、逆に偏光状態が不均一になっており、偏光状態が全くそろわない無偏光の場合に0の値をとる。偏光解消領域の偏光度は、他の組織からの戻り光に比べて低い値となる。DOPUパラメータは、各画素に対して計算する事ができるが、当該画素を含む一定範囲の空間の偏光状態を統計的に処理する(平均値を求める)ため、DOPU画像は通常の輝度画像などに比べ、解像度が低下する。結果として、偏光解消領域の正しい輪郭(範囲)を捉えることが難しかった。
本発明の目的の一つは、偏光解消領域の輪郭(範囲)を精度良く求めることである。
本発明に係る画像処理装置の一つは、
測定光を照射した被検からの戻り光と参照光による共通のOCT信号を処理することで得られる前記被検の3次元の断層輝度画像及び3次元の偏光断層画像を取得する断層画像取得手段と、
前記3次元の偏光断層画像における偏光解消領域を抽出する抽出手段と、
前記被検体の深さ方向における前記3次元の断層輝度画像の一部の領域であって、前記抽出された偏光解消領域を用いて選択された一部の領域に関する強度を用いて、前記被検体のEn−Face画像を生成する生成手段と、
前記生成されたEn−Face画像における少なくとも一つの不連続領域を特定する特定手段と、を有する。
また、本発明に係る画像処理方法の一つは、
測定光を照射した被検からの戻り光と参照光による共通のOCT信号を処理することで得られる前記被検の3次元の断層輝度画像及び3次元の偏光断層画像を取得する工程と、
前記3次元の偏光断層画像における偏光解消領域を抽出する工程と、
前記被検体の深さ方向における前記3次元の断層輝度画像の一部の領域であって、前記抽出された偏光解消領域を用いて選択された一部の領域に関する強度を用いて、前記被検体のEn−Face画像を生成する工程と、
前記生成されたEn−Face画像における少なくとも一つの不連続領域を特定する工程と、を有する。
本発明の一つによれば、偏光解消領域の輪郭(範囲)を精度良く求めることができる。
第1の実施形態における偏光OCT装置の全体構成の概略図である。 第1の実施形態における、信号処理部144で生成される画像の例である。 第1の実施形態における、撮像のフローである。 第1の実施形態における、硬性白斑の検出を説明する図である。 第1の実施形態における、画像表示画面を説明する図である。 第2の実施形態における、画像解析のフローである。 第2の実施形態における、生成された2次元画像を説明する図である。 第2の実施形態における、地図状委縮として認識された領域のリストである。
本実施形態に係る画像処理装置の一つは、被検眼の偏光断層画像(例えば、DOPU画像)における偏光解消領域(偏光解消性を持つ領域)を抽出する抽出手段を有する。ここで、抽出手段は、偏光断層画像から偏光解消領域を直接的に抽出しても良いし、偏光断層画像が生成される前の信号から偏光解消領域に対応する信号を抽出しても良い。また、偏光解消領域は、例えば、RPE層や硬性白斑を含む領域である。また、本実施形態に係る画像処理装置の一つは、偏光断層画像に対応する被検眼の断層輝度画像における、抽出された偏光解消領域に対応する領域を検出する検出手段を有する。ここで、検出手段は、断層輝度画像からこの領域を直接的に検出しても良いし、断層輝度画像が生成される前の信号からこの領域に対応する信号を検出しても良い。これにより、偏光解消領域の輪郭(範囲)を精度良く求めることができる。
また、本実施形態に係る画像処理装置の一つは、検出された領域を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有する。これにより、偏光解消領域を精度良く表示させることができる。
また、本実施形態に係る画像処理装置の一つは、検出された領域のサイズを算出する算出手段を有する。ここで、検出された領域のサイズは、偏光断層画像が3次元画像である場合には体積であることが好ましい。また、偏光断層画像が2次元画像である場合には面積であることが好ましい。もちろん、偏光断層画像が3次元画像であっても、検出された領域のサイズとして面積が算出されても良い。なお、検出された領域のサイズは、体積や面積以外に、幅や外周長等であっても良い。これにより、偏光解消領域のサイズを精度良く求めることができる。
ここで、DOPU画像を用いて、糖尿病網膜症患者に生じる硬性白斑を、偏光解消領域として抽出することもできる。硬性白斑は、偏光解消性を持つ変性部位であり、糖尿病網膜症患者における疾患の進行との関連性が研究されている。本実施形態に係る画像処理装置の一つによれば、偏光解消領域は硬性白斑であっても良く、このとき、硬性白斑の輪郭を精度良く求めることができる。また、硬性白斑を精度良く表示させることができる。これにより、硬性白斑の進行や治療効果の確認等の経過観察において、ユーザはモニタに表示された硬性白斑を確認しながら、硬性白斑のサイズや数の変化を容易に確認することができる。また、硬性白斑のサイズを精度良く求めることができる。これにより、硬性白斑の進行や治療効果の確認等の経過観察において、硬性白斑のサイズや数の変化を定量的に評価することができる。
(第1の実施形態:硬性白斑領域の輪郭を精度良く検出)
以下、本発明の一実施形態を、図面を用いて詳細に説明する。
[装置の全体構成]
図1は、本実施形態における断層撮影装置の一例である偏光OCT装置の全体構成の概略図である。本実施形態では、SS(Swept Source)−OCTによる偏光OCT装置について説明する。ただし、本発明はこれに限定されるものではなく、SD(Spectral Domain)−OCTによる偏光OCT装置に対しても適用することができる。
<偏光OCT装置100の構成>
偏光OCT装置100の構成について説明する。光源101は、波長掃引型(Swept Source:以下SS)光源であり、例えば、掃引中心波長1050nm、掃引幅100nmで掃引しながら光を出射する。光源101から出射された光は、シングルモードファイバ(以下SMファイバと記載)102、偏光制御器103コネクタ104、SMファイバ105、ポラライザ106、偏波保持(Polarization Maintaining:PM)ファイバ(以下PMファイバと記載)107、コネクタ108、PMファイバ109を介して、ビームスプリッタ110に導かれ、測定光(OCT測定光とも言う)と参照光(OCT測定光に対応する参照光とも言う)に分岐される。ビームスプリッタ110の分岐比は、90(参照光):10(測定光)である。偏光制御器103は光源101から射出する光の偏光を所望の偏光状態へ変化させることが出来る。一方、ポラライザ106は特定の直線偏光成分のみを通過させる特性を持つ光学素子である。通常光源101から射出される光は偏光度が高く、特定の偏光方向を持つ光が支配的であるが、ランダム偏光成分と呼ばれる、特定の偏光方向を持たない光が含まれている。このランダム偏光成分は偏光OCT画像の画質を悪化させることが知られており、ポラライザによってランダム偏光成分をカットしてやる。なお、ポラライザ106を通過できるのは特定の直線偏光状態の光のみであるため、所望の光量が被検眼118に入射するように偏光制御器103によって偏光状態を調整する。
分岐された測定光は、PMファイバ111を介して出射され、コリメータ112によって平行光とされる。平行光となった測定光は1/4波長板113を透過したのち、被検眼118の眼底Erにおいて測定光を走査するガルバノスキャナ114、スキャンレンズ115、フォーカスレンズ116を介して被検眼118に入射する。ここで、ガルバノスキャナ114は単一のミラーとして記載したが、実際は被検眼118の眼底Erをラスタースキャンするように2枚のガルバノスキャナによって構成している。もちろん、光を2次元方向に走査可能な単一のミラーで構成しても良い。また、2枚のガルバノスキャナを近接して配置しても良いし、両方とも被検眼118の前眼部に対して光学的に共役な位置に配置しても良い。また、フォーカスレンズ116はステージ117上に固定されており、光軸方向に動くことで、フォーカス調整することが出来る。ガルバノスキャナ114とステージ117は駆動制御部145によって制御され、被検眼118の眼底Erの所望の範囲(断層画像の取得範囲、断層画像の取得位置、測定光の照射位置とも言う)で測定光を走査することが出来る。また1/4波長板113は、1/4波長板の光学軸と、その光学軸に対して直交する軸との間の位相を1/4波長分だけ遅延させる特性を持つ光学素子である。本実施形態ではPMファイバ111より射出する測定光の直線偏光の方向に対して1/4波長板の光学軸を45°だけ光軸を回転軸として回転させ、被検眼118に入射する光を円偏光とする。
なお、本実施形態では詳細な説明はしていないが、眼底Erの動きを検出し、ガルバノスキャナ114のミラーを眼底Erの動きに追従させて走査させるトラッキング機能が付与されていても、本実施形態の方法が適用可能である。その場合、トラッキング方法については一般的な技術を用いて行うことが可能であり、リアルタイムで行うことも、ポストプロセッシングで行うことも可能である。例えば、走査型レーザ検眼鏡(Scanning Laser Ophthalmoscope:SLO)を用いる方法がある。これは眼底Erについて、SLOを用いて光軸に対して垂直な面内の2次元画像を経時的に取得し、画像中の血管分岐などの特徴箇所を抽出する。取得する2次元画像中の特徴箇所がどのように動いたかを眼底Erの移動量として算出し、算出した移動量をガルバノスキャナ114にフィードバックすることでリアルタイムトラッキングを行うことが出来る。
測定光は、ステージ117上に乗ったフォーカスレンズ116により、被検眼118に入射し、眼底Er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、上述の光学経路をビームスプリッタ110に戻る。ビームスプリッタ110に入射した測定光の戻り光はPMファイバ126を経由し、ビームスプリッタ128に入射する。
一方、ビームスプリッタ106で分岐された参照光は、PMファイバ119を介して出射され、コリメータ120によって平行光とされる。参照光は1/2波長板121、分散補償ガラス122、NDフィルタ123、コリメータ124を介し、PMファイバ127に入射する。コリメータレンズ124とPMファイバ127の一端はコヒーレンスゲートステージ125の上に固定されており、被検者の眼軸長の相違等に対応して光軸方向に駆動するように、駆動制御部145で制御される。1/2波長板121は、1/2波長板の光学軸と、その光学軸に対して直交する軸との間の位相を1/2波長分だけ遅延させる特性を持つ光学素子である。本実施形態ではPMファイバ119より射出する参照光の直線偏光がPMファイバ127において長軸が45°傾いた偏光状態となるように調整する。なお本実施形態では参照光の光路長を変更しているが、測定光の光路と参照光の光路との光路長差を変更出来ればよい。
PMファイバ127を通過した参照光はビームスプリッタ128に入射する。ビームスプリッタ128では参照光の戻り光と参照光が合波されて干渉光とされた上で二つに分割される。分割される干渉光は互いに反転した位相の干渉光(以下、正の成分および負の成分と表現する)となっている。分割された干渉光の正の成分はPMファイバ129、コネクタ131、PMファイバ133を経由して偏光ビームスプリッタ135に入射する。一方、干渉光の負の偏光成分はPMファイバ130、コネクタ132、PMファイバ134を経由して偏光ビームスプリッタ136に入射する。
偏光ビームスプリッタ135および136では、直交する二つの偏光軸に合わせて干渉光が分割され、垂直(Vertical)偏光成分(以下、V偏光成分)と水平(Horizontal)偏光成分(以下、H偏光成分)の二つの光にそれぞれ分割される。偏光ビームスプリッタ135に入射した正の干渉光は偏光ビームスプリッタ135において正のV偏光成分と正のH偏光成分の二つの干渉光に分割される。分割された正のV偏光成分はPMファイバ137を経由してディテクタ141に入射し、正のH偏光成分はPMファイバ138を経由してディテクタ142に入射する。一方、偏光ビームスプリッタ136に入射した負の干渉光は偏光ビームスプリッタ136において負のV偏光成分と負のH偏光成分に分割される。負のV偏光成分はPMファイバ139を経由してディテクタ141に入射し、負のH偏光成分はPMファイバ140を経由してディテクタ142に入射する。
ディテクタ141および142はいずれも差動検出器となっており、位相が180°反転した二つの干渉信号が入力すると、直流成分を除去し、干渉成分のみを出力する。
ディテクタ141で検出された干渉信号のV偏光成分とディテクタ142で検出された干渉信号のH偏光成分はそれぞれ光の強度に応じた電気信号として出力され、断層画像生成部の一例である信号処理部144に入力する。
<制御部143>
本実施形態に係る画像処理装置の一例である制御部143について説明する。制御部143は、本実施形態に係る断層撮影装置と通信可能に接続されている。なお、制御部143は、断層撮影装置と一体に設けられても良いし、別々に設けられても良い。ここで、制御部143は、信号処理部144、駆動制御部145、表示部146によって構成される。駆動制御部145は、上述の通りに各部を制御する。信号処理部144は、ディテクタ141、142から出力される信号に基づき、画像の生成、生成された画像の解析、解析結果の可視化情報の生成を行う。すなわち、信号処理部144は表示制御手段の機能を有し、信号処理部144は、信号処理部144で生成される画像や解析結果を表示部146の表示画面に表示させることができる。なお、表示制御手段は、信号処理部144は別々に設けられても良い。ここで、表示部146は、例えば液晶等のディスプレイである。なお、信号処理部144で生成された画像データは、表示部146に有線で送信されても良いし、無線で送信されても良い。また、本実施形態において表示部146等は制御部143に含まれているが、本発明はこれに限らず、制御部143とは別に設けられても良く、例えばユーザが持ち運び可能な装置の一例であるタブレットでも良い。この場合、表示部にタッチパネル機能を搭載させ、タッチパネル上で画像の表示位置の移動、拡大縮小、表示される画像の変更等を操作可能に構成することが好ましい。
[画像処理]
次に、信号処理部144における画像生成について説明する。信号処理部144は、ディテクタ141、142から出力された干渉信号に対して、一般的な再構成処理を行うことで、各偏光成分に基づいた2つの断層画像である、H偏光成分に対応する断層画像と、V偏光成分に対応する断層画像を生成する。
まず、信号処理部144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スキャン信号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144は、有限区間でフーリエ変換した場合にトレードオフの関係となる、深さ分解能とダイナミックレンジを最適化するために、窓関数処理を行う。本実施形態ではコサインテーパーによる窓関数処理を行う。その後、FFT処理を行う事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、2つの断層画像が生成される。なお、窓関数処理の方法はコサインテーパーに限定されず、術者が目的に合わせて任意に選択してよい。他の窓関数処理、例えばガウシアン窓関数、ハニング窓関数など、一般的に知られる窓関数処理が適用可能である。
<輝度画像(断層輝度画像)の生成>
信号処理部144は、前述した2つの断層信号から輝度画像を生成する。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、本明細書では断層輝度画像とも呼ぶ。断層輝度画像の画素値rは、ディテクタ141、142から得られるH偏光成分の振幅AおよびV偏光成分の振幅Aから式1によって計算される。

図2(a)に視神経乳頭部の輝度画像の例を示す。また、ガルバノスキャナ114によってラスタースキャンすることにより、被検眼118の眼底ErのBスキャン画像を構成し、さらに眼底上の位置が異なる複数のBスキャン像を副走査方向に取得することで、輝度画像のボリュームデータを生成する。
<DOPU画像生成>
信号処理部144は、取得した振幅AH、とそれらの間の位相差ΔΦから、各画素毎にストークスベクトルSを式2により計算する。

ただし、ΔΦは2つの断層画像を計算する際に得られる各信号の位相ΦとΦからΔΦ=Φ−Φとして計算する。
次に、信号処理部144は、各Bスキャン画像を概ね計測光の主走査方向に70μm、深度方向に18μm程度のサイズのウィンドウを設定し、各ウィンドウ内において式2で画素毎に計算されたストークスベクトルの各要素を平均し、当該ウィンドウ内の偏光の均一性DOPU(Degree Of Polarization Uniformity)を式3により計算する。

ただし、Q、U、Vは各ウィンドウ内のストークスベクトルの要素Q、U、Vを平均した値である。この処理をBスキャン画像内の全てのウィンドウに対して行うことで、図2(b)に示す視神経乳頭部のDOPU画像(偏光の均一度を示す断層画像とも言う)が生成される。
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、偏光が解消された保たれない箇所においては1よりも小さい数値となるものである。網膜内の構造においては、RPE層が偏光状態を解消する性質があるため、DOPU画像においてRPE層に対応する部分は、他の領域に対してその値が小さくなる。図2(b)において、濃淡が淡い場所210がRPE層を示しており、濃淡が濃い場所220は偏光が保たれている網膜層領域を示している。DOPU画像は、RPE層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層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層を画像化出来る。DOPU画像も輝度画像と同様に、上記で得られるBスキャン画像のおけるDOPU画像を副走査方向に並べ、DOPU画像のボリュームデータを生成することが可能である。なお、本明細書において、DOPU画像やリターデーション画像等を、偏光断層画像とも言うことにする。また、本明細書において、DOPU画像を、偏光解消性を示す画像とも言うことにする。また、本明細書において、リターデーション画像のボリュームデータから生成されたリターデーションマップや複屈折マップ等を、偏光眼底画像とも言うことにする。
[処理動作]
次に本偏光OCT装置における処理動作について説明する。図3は、本偏光OCT装置における処理動作を示すフローチャートである。
<調整>
まず、ステップS101において、被検眼を本装置に配置した状態で、本装置と被検眼のアライメントを行う。なお、ワーキングディスタンス等のXYZ方向のアライメント、フォーカス、コヒーレンスゲートの調整等は一般的であるのでその説明は省略する。
<撮像>〜<画像生成>
ステップS102〜S103において、光源101から光を射出し、測定光および参照光を生成する。測定光が被検眼118の網膜Erより反射、または散乱した戻り光と参照光との干渉光をディテクタ141および142で受光し、信号処理部144で前述のとおり各画像を生成する。
<解析>
(DOPU画像における硬性白斑を検出)
信号処理部144はステップS104において、作成されたDOPU画像における硬性白斑を検出する。図4に硬性白斑の含まれる輝度画像410(図4(a))およびDOPU画像411、412(図4(b、c))の例を示す。DOPU画像は測定対象となる物質の偏光解消性を画像化するものである。図4(a)に示す輝度画像410では、偏光解消性を有する硬性白斑領域401およびRPE層402と共に、網膜を構成する断層が描出される。一方、図4(b)に示すDOPU画像411では偏光解消領域が描出される。本実施形態においてはDOPU画像として描出するDOPUの閾値を0.75とし、それよりも偏光解消性の高い領域、つまり反射、散乱による戻り光の偏光度が低くなる領域について、DOPU<0.75の領域をDOPU画像として描出している。結果として硬性白斑領域403およびRPE層404がDOPU画像411として描出される。なお、本実施形態ではDOPUの閾値を0.75としたがこれに限定されるものではない。検者が測定対象、測定の目的等に応じて任意に設定可能である。
本実施形態において信号処理部144は、DOPU画像411からRPE層404を特定し、偏光解消領域から特定されたRPE層404を除外することにより、硬性白斑領域403を抽出する。抽出の方法としては、硬性白斑領域403がRPE層404より内層側に存在する事や、連続的な層構造を持たないという形状的な特徴を利用することができる。例えば輝度画像410を用いて層のセグメンテーションを行ってRPE層402の座標を算出し、DOPU画像411においてその座標近傍のDOPUデータを除く方法や、DOPU画像411からGraph Cut法などの手法によってDOPU密度の高い領域を抽出し、それによってフィッティングされるライン近傍のDOPUデータを除く方法などがある。以上の処理を加えることで、DOPU画像において硬性白斑領域403を特異的に抽出することが出来る(図4(c))。信号処理部144は、これらの処理を取得したDOPU画像のボリュームデータを構成する全てのBスキャン画像に対して実施することで、ボリュームデータ内の硬性白斑領域を特異的に抽出する。
(DOPU画像において検出された硬性白斑を用いて輝度画像の硬性白斑位置を特定)
信号処理部144は、硬性白斑領域403を特異的に抽出したのち、DOPU画像412からその座標値を取得する。上述した通り、DOPU画像は取得した振幅AH、とそれらの間の位相差ΔΦから、画素毎にストークスベクトルSを求め、得られたストークスベクトルSの各要素を平均することで得られるDOPUをBスキャン画像内で行うことで生成される。そのため、画像サイズや画素ピッチなどは同一である。すなわち、DOPU画像と断層輝度画像との位置関係は対応付いている。もちろん、DOPU画像と断層輝度画像とが、別々のタイミングあるいは別々の光学系で取得されたものであっても良い。この場合、画像相関等を用いてこれらの画像を位置合わせすることにより、互いの位置関係を対応付けることができる。そのため、DOPU画像412で取得される座標値を輝度画像410に適用することで、DOPU画像412内の硬性白斑403の位置を輝度画像410において特定することが出来る。
図4(d)に硬性白斑領域401を拡大した図を示す。硬性白斑領域403には硬性白斑420〜427に対応するDOPU画像が含まれている。ここで、信号処理部144は、それぞれの硬性白斑の座標を算出するが、各硬性白斑の一部が含まれていればよく、各硬性白斑の面積全体の座標情報は必須ではない。例えばDOPU画像412で取得される座標値は、抽出される硬性白斑420〜427それぞれの重心座標428〜435や、その他に、DOPU画像中のそれぞれの硬性白斑の最も左側に存在する画素の座標などが利用できる。これらの処理を取得したDOPU画像のボリュームデータを構成する全てのBスキャン画像に対して実施することで、輝度画像のボリュームデータ内の硬性白斑の座標を特定することが出来る。
(輝度画像中の硬性白斑を特異的に検出)
輝度画像410における硬性白斑420〜427がどの座標にあるかが特定されたら、次に信号処理部144は硬性白斑420〜427を特異的に描出する。抽出に際し、本実施形態では領域拡張法を用いるものとして説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。空間的な初期位置に基づいて領域分割を行うどのようなアルゴリズムでも、初期位置をDOPU画像412において決定することで適用ができる。信号処理部144は硬性白斑420〜427の各々に対して特定された座標値に対して、各々種子点(シードポイント)を設定し、判定条件として輝度画像410に対する閾値を用いて領域拡張を行う。すなわち、信号処理部144はDOPU画像412で決定されたシードポイントから輝度画像410において領域の拡張を開始し、輝度値が閾値以下となるまで拡張処理を行う。閾値は実験的に決めることが可能であるが、さらに拡張の範囲がDOPU画像412によって描出された硬性白斑の範囲を超えないように条件を付加することが望ましい。このように、DOPU画像によって特定された硬性白斑は、DOPUパラメータの計算に必要なウィンドウ処理の影響によって、その輪郭が実際よりも広がっている可能性があるが、上記の処理は輝度画像に基づいて輪郭を決定しているため、より正確に硬性白斑の形状を抽出する事ができる。なお、これらの処理は取得した輝度画像のボリュームデータを構成する全てのBスキャン画像に対して実施することができる。このとき、輝度画像のボリュームデータ内の硬性白斑領域を特定することが出来る。もちろん、本発明は、1枚のBスキャン画像だけでも適用することは可能である。
(輝度画像による硬性白斑の表示)
上述の通りに硬性白斑420〜427を抽出後、ステップS105において画像の出力を行うことができる。画像の出力は表示部146によって行われる。ステップS104で特定された輝度画像410中の硬性白斑420〜427を判別しやすい状態で輝度画像410に重ねて表示される。例えば、輝度画像410中の硬性白斑420〜427は、輝度画像410の他の領域との区別を容易にするために、輝度画像410に使用されていない色(例えば、赤や黄色)で輝度画像410に重ねて表示される。
以上説明した撮像装置および画処理方法を用いることで、偏光解消性を有する病変部位を特異的に表示することが可能となる。また、病変部位のサイズを正確に表示することが可能となる。本実施形態では偏光OCT装置のみの構成としたが、例えば走査型レーザ検眼鏡(Scanning Laser Ophthalmoscope:SLO)などの眼底観察装置と組み合わせ、偏光OCT装置の撮像位置との対応を付けることで、より正確な診断を行うことが可能である。また、本実施形態では硬性白斑を対象としたが、これに限定されるものではなく、眼底に生じる偏光解消性を有する病変の表示であれば、本方法が適応可能である。また、本実施形態では偏光OCT装置のBスキャン画像に対してのみ画像表示方法を記したが、これに限定されるものではない。例えば偏光OCT装置によって複数のBスキャンによる3次元データを取得し、各Bスキャン画像に対して上述の画像解析処理を行ったうえでボリュームデータとすることで、偏光解消性を有する病変部位を3次元的に描出することが可能である。
(輝度画像による硬性白斑領域の計算)
上述の通りに輝度画像のボリュームデータを構成する全てのBスキャン画像に対して硬性白斑の領域を特定後、信号処理部144はボリュームデータ内の硬性白斑領域の体積を算出することもできる。まず信号処理部144は、取得した輝度画像の全てのBスキャン画像を副走査方向(y方向)に取得した順番で並べ、輝度画像のボリュームデータを作成する。次に、各Bスキャン画像に対して特定した硬性白斑領域について、各Bスキャンの副走査方向に連続するかまたは一部が接するピクセルを抽出し、結合する。抽出はBスキャン画像中の硬性白斑の抽出と同様に、領域拡張法を用いて実施する。最後に抽出した硬性白斑のボクセルについて、ボリュームデータの縦(y方向)、横(x方向)、深さ(z方向)の各軸に対するピクセル分解能を考慮して体積を算出する。本実施形態では、縦6mm、横8mm、深さ2mmのボリュームを縦256ピクセル、横512ピクセル、深さ1024ピクセルで撮像している。そのため、1ピクセルあたりの長さはそれぞれ、縦23μm、横16μm、深さ2μmとなる。これらの処理はボリュームデータ中に含まれる各硬性白斑について算出される。
上述の通り硬性白斑の体積が算出すると、体積値は抽出された硬性白斑それぞれに対応してリストが表示部146に表示される。表示部146に表示される表示画面の例を図5に示す。表示画面501には画像表示部502およびリスト表示部522が配置されている。画像表示部501には生成したボリュームデータから得られるxy面における輝度画像マップ523および輝度画像のBスキャン画像503が示される。なお、スライダ521を動かすことで、取得した全てのBスキャン画像の中から任意のBスキャン画像を表示することが可能となっている。一方、リスト表示部522にはリスト504が表示され、抽出された硬性白斑の座標値及び体積値が対応付けられて表示される。
術者がリスト504から任意の行を選択すると輝度画像マップ523およびBスキャン画像503の中の硬性白斑領域505〜512および513〜520のうち、対応する硬性白斑領域がハイライト表示される。また、反対に、術者が輝度画像マップ523またはBスキャン画像523に表示される硬性白斑領域505〜512および513〜520のいずれかを選択すると、リスト504の対応する行がハイライト表示されるようになっている。
なお、本実施形態では複数の硬性白斑についてそれぞれ体積値を算出したが、任意の範囲に存在する硬性白斑の体積値を積算して表示しても良い。また、本実施形態では輝度画像マップおよび輝度画像のBスキャン画像を表示する例を示したが、これに限定されない。セグメンテーション後のEn−Faceマップ(En−Face画像)やDOPU画像(DOPUマップ)など、偏光OCT装置で取得、生成可能な全ての画像から任意に選択して表示してよい。ここで、En−Faceマップは、3次元の所定範囲を所定の面に投影して得た2次元画像(投影画像)のことである。なお、所定の面とは、例えば、z=0のxy平面である。このとき、例えば、生成手段の一例である信号処理部144は、所定の範囲の強度を深さ方向に積算することにより、所定の範囲の2次元画像(投影画像)を生成することができる。なお、セグメンテーションにより得られた層境界の情報を用いて深さ方向に任意の範囲を所定の範囲として選択できるようにしても良い。また、信号処理部144は、所定の範囲における深さ方向の強度の平均値、中央値、最大値などの代表値を用いることにより、所定の範囲の2次元画像を生成することができる。また、所定の範囲の2次元画像は、既知の様々な手法により生成されることとしても良い。
以上説明した撮像装置および画処理方法を用いることで、硬性白斑のより正確な体積を算出することが可能である。本実施形態の中でも記載しているが、偏光OCT装置のみの構成ではなく、例えば走査型レーザ検眼鏡(Scanning Laser Ophthalmoscope:SLO)などの眼底観察装置と組み合わせ、偏光OCT装置の撮像位置との対応を付けることで、より正確な算出を行うことが可能である。例えばSLOによって取得される眼底画像を基に被検眼の動きをトラッキングし、被検眼の動き量を補正してボリュームデータを生成することで、被検眼の動きによるBスキャンごとの位置ずれをなくし、正確に硬性白斑の面積および体積を算出ることが出来る。また、本実施形態では硬性白斑を対象としたが、これに限定されるものではなく、眼底に生じる偏光解消性を有する病変部の領域の算出に対しては、本方法が適応可能である。また、本実施形態では偏光OCT装置のボリュームデータを用いて硬性白斑の体積を算出する方法について記載したが、これに限定されるものではない。例えば、Bスキャン画像を用いて偏光解消性を有する病変部の面積を算出することや、En−Face画像中の偏光解消性を有する病変部の面積を算出することも可能である。
(第2の実施形態:地図状委縮の範囲を精度良く検出)
第1の実施形態においては、DOPU画像を用いて糖尿病網膜症患者に生じる硬性白斑の検出する方法を示した。本実施形態では、委縮型加齢黄斑変性の一つの病変である地図状委縮を検出する例について説明をする。本明細書中では地図状委縮は、Geographic Artophy、あるいはGAとも言う。地図状委縮は、偏光解消性を持つRPE層の委縮領域が地図状に分布している病変のことであり、委縮型加齢黄斑変性ではこの病変を伴う。偏光解消領域(偏光解消性を持つ領域)を検出(抽出)することで、地図状委縮がある場合にはRPE層の委縮の境界が明瞭に見える。
本実施形態に係る画像処理装置の一つによれば、DOPU画像で偏光解消性を持つRPE層の不連続領域を検出(特定)することにより、セグメンテーション後のRPE層のEn−Faceマップ(En−Face画像)において不連続領域を地図状委縮として精度よく表示、解析をすることができる。これにより、委縮型加齢黄斑変性の進行や治療効果の確認等の経過観察において、ユーザはモニタに表示された地図状委縮の解析結果を確認しながら、地図状委縮のサイズや数の変化を容易に確認することができる。また、地図状委縮のサイズを精度良く求めることができる。これにより、委縮型加齢黄斑変性の進行や治療効果の確認等の経過観察において、地図状委縮のサイズや数の変化を定量的に評価することができる。ここで、RPE層のEn−Faceマップは、3次元のRPE層を所定の面に投影して得た2次元画像(投影画像)のことである。なお、所定の面とは、例えば、z=0のxy平面である。このとき、例えば、生成手段の一例である信号処理部144は、RPE層の強度を深さ方向に積算することにより、RPE層の2次元画像(投影画像)を生成することができる。また、信号処理部144は、RPE層における深さ方向の強度の平均値、中央値、最大値などの代表値を用いることにより、RPE層の2次元画像を生成することができる。また、RPE層の2次元画像は、既知の様々な手法により生成されることとしても良い。
ここで、本実施形態における装置の構成例、画像形成方法は、第1の実施形態と同じであるので、説明を省略する。異なるのは、ステップS104、ステップS105であるため、その部分について説明する。本実施形態におけるステップS104の画像解析について、図6の処理フローに基づいて説明する。第1の実施形態と略同様に図3のステップS103において生成されたDOPU画像から任意の閾値処理をすることにより、任意の深さ位置の偏光解消領域としてRPE層を検出(抽出)することができる。図7(a)には、検出されたRPE層の深さ方向の座標を用いて、信号処理部144が生成したRPE層のEn−Faceマップ702を示す。En−Faceマップ702では、視神経乳頭や血管、RPE層の欠損などの不連続領域を確認することができる。ここで、本実施形態では、RPE層のEn−Faceマップとしたが、これに限るものではなく、例えば、セグメンテーションによって得られた脈絡膜から上方向に20μmの範囲などとして、RPE層を含んだ層構造を示すマップとしてもよい。
本実施形態における画像解析は、まず、図6のステップS601において、信号処理部144は、RPE層のEn−Faceマップ702の二値化処理を行うことにより、二値化マップ703を生成する。ここで、二値化処理には、DOPU画像によるEn−Faceマップを二値化した後で地図状委縮の境界を、輝度画像を参照しながら修正するようにすればよい。つまり、信号処理部144は2値画像の境界近傍の輝度画像を参照して、輝度画像のRPE層の境界位置から2値画像の境界を修正する。図7(a)は、二値化処理を行った二値化マップ703を示す図である。二値化された画像である二値化マップ703には、RPE層が委縮し欠損した部分(不連続領域)や視神経乳頭や血管、あるいは不図示のノイズが白表示されている。特定手段の一例である信号処理部144は、これらの中からRPE層が欠損した部分を地図状委縮領域として検出(特定)する。
本実施形態においては、マニュアルで地図状委縮領域を選択する方法を説明する。ステップS602でユーザは領域を選択する。そのため、信号処理部144は図7(a)の二値化マップ703では領域選択指示円704が表示する。表示されるとユーザは領域選択指示円704によって任意の場所、サイズを指定することができる。ここで、表示される2次元画像は、En−Faceマップ702の二値化処理に限らない。例えば、3次元の断層輝度画像の少なくとも一部を所定の面に投影して得た2次元画像(輝度画像のEn−Faceマップ)に、特定された不連続領域を示す表示形態を重ねても良い。また、3次元の断層輝度画像の少なくとも一部として、例えば、セグメンテーション結果に基づいて深さ方向の一部の領域が選択されても良い。また、特定された不連続領域を示す表示形態は、例えば、特定された不連続領域の範囲(外枠)を示す線である。
また、ステップS603では、ユーザは指定された範囲が正しいか否かを判断する。地図状委縮として正しく指定することができると、ステップS604で信号処理部144は、図7(b)のように、地図状委縮領域706の範囲内にある二値化された部分の色が変え、ハイライトする。これによって地図状委縮として認識されたことが示される。ステップS605で、ユーザは解析が終了か否かを判断する。地図状委縮領域706が複数ある場合には、さらにステップS602に戻り、地図状委縮領域を選択することができる。解析結果として地図状委縮領域706が複数であった場合には、信号処理部144はそれぞれが地図状委縮として認識し、ナンバリングを行う。さらにその面積を算出する。面積のほかに重心座標などを算出するとしてもよい。
ユーザによって地図状委縮領域が正しく選択されたと判断された場合には、図7のボタン705で解析を終了し、図5の表示画面に戻ることができる。このとき、信号処理部144が表示する画像は、輝度画像のEn−FaceマップやDOPU画像に限るものではなく、DOPU画像や輝度画像、DOPU画像や輝度画像のEn−Faceマップなどでも良い。例えば輝度画像のEn−Faceマップと二値化マップとしても良く、この場合には輝度画像のEn−FaceマップにおいてRPE層の委縮領域の位置を確認することができる。このとき、例えば、ナンバリングされた地図状委縮領域706をEn−Faceマップに表示することで、RPE層の委縮領域を確認しやすくすることも出来る。また、複数の画像やマップの重ね合わせや重ね合わせを行った状態でスライダを用いて画像の濃淡を制御することで病変の位置を確認しやすくするとしても良い。
ここで、表示画面501に配置されるリスト表示部522には、図8で示す地図状委縮として認識された領域のリスト805を表示することもできる。このとき、リスト805は、地図状委縮の面積の大きい順番に生成されることが好ましい。これは、面積の大きな地図状委縮が診断上重要となる可能性が高いためである。また、リスト805には、解析された情報を合わせて表示することができる。地図状委縮は、RPE層の委縮を示す病変であるため、本実施形態では面積を表示させたがこれに限るものではない。地図状委縮の重心座標などをリスト化しても良い。また、本実施形態ではマニュアルによる地図状委縮領域の検出を説明したが、中心窩近傍の地図状委縮を検出するアルゴリズムをもとにした自動化を行っても良く、マニュアルによる検出に限定するものではない。以上の実施形態によれば、DOPU画像を用いて地図状委縮を精度よく解析することで委縮型加齢黄斑変性の診断や進行の度合い、治療効果の確認等をすることができる。
(その他の実施形態)
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し、そのシステム或いは装置のコンピュータ(または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。

Claims (16)

  1. 測定光を照射した被検からの戻り光と参照光による共通のOCT信号を処理することで得られる前記被検の3次元の断層輝度画像及び3次元の偏光断層画像を取得する断層画像取得手段と、
    前記3次元の偏光断層画像における偏光解消領域を抽出する抽出手段と、
    前記被検体の深さ方向における前記3次元の断層輝度画像の一部の領域であって、前記抽出された偏光解消領域を用いて選択された一部の領域に関する強度を用いて、前記被検体のEn−Face画像を生成する生成手段と、
    前記生成されたEn−Face画像における少なくとも一つの不連続領域を特定する特定手段と、
    を有することを特徴とする画像処理装置。
  2. 前記En−Face画像は、前記一部の領域に関する強度を前記深さ方向に交差する面に投影して得た2次元画像であ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3次元の偏光断層画像と前記3次元の断層輝度画像とは、画像上での前記被検の部位の位置が互いに対応付いてい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. 前記生成手段は、測定光を照射した被検からの戻り光と前記測定光に対応する参照光との干渉光を互いに異なる偏光成分の光に分割して得た複数の光に基づいて、前記3次元の偏光断層画像及び前記3次元の断層輝度画像とを生成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. 前記特定された少なくとも一つの不連続領域を示す表示形態を前記En−Face画像に重ねた状態で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4のいずれか1項に記載の画像処理装置。
  6. 前記特定された少なくとも一つの不連続領域のサイズを算出する算出手段と、
    前記算出されたサイズを前記特定された少なくとも一つの不連続領域と対応させた状態で表示手段に表示させる表示制御手段と、
    を更に有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の画像処理装置。
  7. 前記特定手段は、前記生成されたEn−Face画像における複数の不連続領域を特定し、
    前記算出手段は、前記複数の不連続領域のサイズを算出し、
    前記表示制御手段は、前記算出されたサイズの大きい順番のリストを前記表示手段に表示させることを特徴とする請求項6に記載の画像処理装置。
  8. 前記生成手段は、前記一部の領域に関する強度として、前記深さ方向における前記一部の域の強度の代表値または積算値を用いることにより、前記En−Face画像を生成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. 前記生成手段は、前記代表値として、前記深さ方向における前記一部の領域の強度の平均値、中央値、最大値のいずれかを用いることにより、前記En−Face画像を生成することを特徴とする請求項に記載の画像処理装置。
  10. 前記生成手段は、前記画像処理装置に通信可能に接続された断層撮影装置からの出力に基づいて、前記3次元の偏光断層画像を生成することを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の画像処理装置。
  11. 前記被検体は、被検眼であり、
    前記3次元の偏光断層画像は、3次元のDOPU画像であり、
    前記偏光解消領域は、前記被検眼のRPE層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. 前記3次元の偏光断層画像における前記抽出された偏光解消領域の位置と前記3次元の断層輝度画像の輝度値とを用いて、前記一部の領域を検出する検出手段を更に有し、
    前記生成手段は、前記検出された一部の領域に関する強度を用いて、前記En−Face画像を生成することを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の画像処理装置。
  13. 前記検出手段は、前記3次元の偏光断層画像における前記抽出された偏光解消領域の位置を用いて前記3次元の断層輝度画像における前記一部の領域の位置を検出し、前記検出された位置と前記3次元の断層輝度画像の輝度値とを用いて前記一部の領域を検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。
  14. 前記検出手段は、前記検出された位置をシードポイントとして、前記3次元の断層輝度画像の輝度値が閾値以下となるまで領域拡張処理を行うことにより、前記一部の領域を検出することを特徴とする請求項13に記載の画像処理装置。
  15. 測定光を照射した被検からの戻り光と参照光による共通のOCT信号を処理することで得られる前記被検の3次元の断層輝度画像及び3次元の偏光断層画像を取得する工程と、
    前記3次元の偏光断層画像における偏光解消領域を抽出する工程と、
    前記被検体の深さ方向における前記3次元の断層輝度画像の一部の領域であって、前記抽出された偏光解消領域を用いて選択された一部の領域に関する強度を用いて、前記被検体のEn−Face画像を生成する工程と、
    前記生成されたEn−Face画像における少なくとも一つの不連続領域を特定する工程と、
    を有することを特徴とする画像処理方法。
  16. 請求項1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ことを特徴とするプログラム。
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