JP6719891B2 - 画像処理装置及び画像処理方法 - Google Patents
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Description
測定光を照射した被検体からの戻り光と参照光とによる共通のOCT信号を処理することで得られる前記被検体の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。
測定光を照射した被検体からの戻り光と参照光とによる共通のOCT信号を処理することで得られる前記被検体の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。
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。
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。
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。
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。
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。
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AHおよびV偏光成分の振幅AV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。
信号処理部144は、取得した振幅AH、AV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ΦHとΦVからΔΦ=ΦV−ΦHとして計算する。
ただし、Qm、Um、Vm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。
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。
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。
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。
(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。
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、AV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。
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。
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。
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。
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。
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)
- 測定光を照射した被検体からの戻り光と参照光とによる共通のOCT信号を処理することで得られる前記被検体の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。 - 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。
- 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体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。
- 前記生成手段は、測定光を照射した被検体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。
- 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。
- 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。 - 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。 - 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領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。
- 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8に記載の画像処理装置。
- 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。
- 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。 - 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。 - 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12に記載の画像処理装置。
- 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。
- 測定光を照射した被検体からの戻り光と参照光とによる共通のOCT信号を処理することで得られる前記被検体の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。 - 請求項15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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