JP7027075B2 - 光干渉断層撮影装置及びその制御方法 - Google Patents
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Description
測定光を照射した被検眼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受光する受光手段を含む干渉光学系と、
前記受光手段の出力を用いて前記被検眼の断層画像を取得する断層画像取得手段と、
前記干渉光学系に設けられ、前記被検眼に対して前記測定光を走査する光走査手段と、前記干渉光学系に設けられ、合焦手段を駆動する駆動手段と、
前記被検眼の撮像領域に対して前記測定光を走査する第1の走査パターンにより前記測定光が走査されている間における前記受光手段の出力を用いて記憶用の断層画像が取得される前に、前記第1の走査パターンの走査時間よりも短い走査時間で前記撮像領域の少なくとも一部に対して前記測定光を走査する第2の走査パターンにより前記測定光を繰り返し走査するように、前記光走査手段を制御し、前記記憶用の断層画像が取得される前に、前記第1の走査パターンの走査時間よりも短い走査時間で前記撮像領域の少なくとも一部に対して前記測定光を走査する第3の走査パターンにより前記測定光を繰り返し走査するように、前記光走査手段を制御し、前記第3の走査パターンにより前記測定光が繰り返し走査されている間における前記受光手段の出力を用いて前記合焦手段を駆動するように、前記駆動手段を制御する制御手段と、を有する。
図1は本発明に係るOCT装置(光干渉断層撮影装置)の構成を示す図、図2は装置全体を制御する制御/信号処理ユニット180の構成を表す図であり、図1及び図2を用いて本発明が適用され得るOCT装置の構成を、干渉信号を分光して断層信号を算出するいわゆるSD-OCTを例にとり説明する。
低コヒーレンス光を発するOCT用光源100を出た測定光は光ファイバ105aを通り、光分割ユニット110により測定光と参照光に分割される。分割された測定光は光ファイバ105bへ入射し、光ファイバ105bの出射端コアを2次光源として、コリメータレンズ108を介してOCT合焦ユニットを構成するOCTフォーカスレンズ120へと導かれる。OCTフォーカスレンズ120の後方には2つのガルバノメトリックミラーから構成される光走査ユニット140、ダイクロマティックミラー150、被検眼Eに対向する対物レンズ160が設けられ、撮像対象となる被検眼Eの眼底へ測定光を導く。ここでOCTフォーカスレンズ120の光軸上の位置は制御/信号処理ユニット180内のOCTフォーカス制御部311からの信号に従いレンズ駆動機構125により可動であり、この位置を調整することにより撮像対象である被検眼Eの屈折異常を補償して光ファイバ105bの出射端コアを撮像部位である眼底と共役関係を作ることができる。この調整動作をOCTユニット合焦と呼ぶ。また光走査ユニット140と被検眼の瞳孔は対物レンズ160により光学的に共役な関係に配置されており、制御/信号処理ユニット180内のOCT走査制御部309より出力される制御信号により2つのガルバノメトリックミラーを適時駆動することで測定光を被検眼眼底上に任意のパターンで操作することが可能である。
対物レンズ160後方のダイクロマティックミラーによる分岐光路には眼底観察系であるSLOユニットが波長分離の形式にて結合されている。レーザ光源190から発した照明ビームは穴あきミラー200の穴部を通りレンズ205、SLOフォーカスレンズ210、ミラー220、レンズ225を介して光走査ユニット140と同様な2つのガルバノメトリックミラーから構成される第2の光走査ユニット230へ導かれた後、ダイクロマティックミラー150により対物レンズ160の光軸へ結合され、被検眼眼底をスポット照明する。被検眼眼底で散乱・反射された後、同光路を逆行して穴あきミラー200へ到達されるが、今度はその周辺の反射部で反射された後、集光レンズ235で集光されコンフォーカルアパチャー240を通りアバランシュフォトダイオードのごとくの受光器245にて受光される。
同様に、被検眼眼底の戻り光は分光器170により波長成分に分解された出力信号として制御/信号処理ユニット180内の第2のA/D変換器307によりデジタル化され、測定光の照射位置情報である光走査ユニット140の制御信号に関連付けて画像メモリ304に記憶される。断層画像取得手段の一例であるOCT画像生成部308はそのデジタルデータに光学系の分散補償処理や波長―波数変換、フーリエ変換を施すとともに強度を対数変換し、被検眼眼底の1点における深さ方向の輝度プロファイル(Aモード信号)を生成する。そしてこの輝度プロファイルをそれと関連づいた測定光の照射位置情報である光走査ユニット140の制御信号に基づいて配置することで網膜断層像を得る。以上をOCT画像生成プロセスと呼ぶ。このような被検眼眼底の1点における深さ方向の輝度プロファイルを生成する信号処理は複雑な計算処理の複合であり、撮像分解能・撮像範囲を拡大していくと相応の時間がかかることとなることに注意されたい。
次に上述した眼底観察ユニット、OCTユニットを有するOCT装置の操作手順を図3のOCT撮像手順のフローチャートと表示器350の表示画面を表す図4を用いて説明する。検者は、表示画面を表す図4上のスタートボタン505を図示しないポインティングデバイス等で指定、押下すことにより、装置の準備操作を行うプレビュー状態に装置をセットする。プレビューがスタートすると、SLOユニットはレーザ光源190を点灯、制御/信号処理ユニット180内の光走査ユニット230を駆動し、受光器245の出力を逐次画像メモリ304へ読み込むとともに、表示制御部306はSLO画像生成部305が生成した被検眼眼底の2次元画像であるSLO画像520を表示器350に出力する(S100)。検者は図示しない前眼部観察ユニットにより観察された被検眼の前眼部像510を見ながら装置を被検眼の瞳孔に対物レンズ160の光軸が同軸かつ光走査ユニット230と光走査ユニット140とが共役になる位置に装置をアライメントする(S110)。アライメントが正しく合うと左下のフレームにはSLO画像520として被検眼眼底の2次元画像が映出される。そしてその上にディフォールトのOCT撮像範囲521を表すインジケータが表示されている(S120)。
検者がSLOの合焦を開始するスイッチ540をポインティングデバイス等で押下するとSLOの合焦が開始される(S130)。まず制御/信号処理ユニット180内のSLOフォーカス制御部301はレンズ駆動機構215駆動してSLOフォーカスレンズ210をその調整範囲の一端へ移動する。その状態からSLOフォーカスレンズ210を一定量動かした後、SLO画像生成部305が生成したSLO画像を逐次評価してSLOユニットの合焦位置を探索する。図5はSLOの合焦状態を表す評価値のSLOフォーカスレンズ210の位置に対する変化を表す図であり、評価関数には例えばSLO画像のうちOCT撮像範囲521におけるSLO画像の平均輝度を用いる。SLOユニットは前述のごとくコンフォーカル系となされているので、被検眼眼底にピントが合っている場合にその画像は最大強度をもつ。従って評価関数は図5のごとくあるSLOフォーカスレンズ210の位置で一峰性のピークを持つことになる。このピークを発生する位置へSLOフォーカスレンズ210を移動することによりSLOの合焦は完了する。この時OCTユニット内のOCTフォーカスレンズ120も同時にSLOフォーカスレンズ210に対応する位置へ移動しておくことが望ましいことは、従来技術の項で述べたとおりである。また、必ずしも自動で合焦する必要はなく例えば、SLO画像横に設けられたスライドバーをポインティングデバイスで操作することによりSLOフォーカスレンズ210を移動してもよいし、SLOの合焦開始スイッチ540の操作なしに自動的にSLOの合焦調整を開始してもよい。
検者が次に参照光路長の調整とOCTフォーカス調整の開始ボタン(図4 550)を押下すると制御/信号処理ユニット180内の参照光路長制御部310は各断層像が適切な位置に来るよう(例えば断層像がフレーム530Aの高さ方向の中央付近に位置するように)参照光路長を調整する(S160)。もちろんフレーム530A左方に設けられたスライドバーを操作し検者が参照光路長を手動で調整することも可能である。
この参照光路長の調整が完了すると(例えば、断層位置がフレームの所定の深さ位置にあると判別した場合)OCT走査制御部309は次にOCTの合焦を行うためのプレ走査パターン2でOCT光走査ユニットを繰り返し駆動する(S170)。例えば本撮像走査パターンが矩形の3Dボリューム走査パターンの場合、図17(a)に示す如くプレ走査パターン2はOCT撮像範囲(矩形)の対角線走査パターンが選ばれる。OCTユニット内のOCTフォーカスレンズ120はSLO合焦を行った際にすでにSLOフォーカスレンズ210に対応する位置へ移動されているのでOCTの合焦位置付近にある。その位置からOCTフォーカス制御部311はレンズ駆動機構125駆動してOCTフォーカスレンズ120を一定量(- δF)動かした後、所定回プレ走査パターン2を走査する毎に、今度は逆方向に所定量Δ繰り返し移動していくとともに、OCT画像生成部308が生成したプレ走査パターン2に対応したOCT画像を逐次評価してOCTユニットの合焦位置を探索する(S180)。ここで、第2の走査パターンの一例であるプレ走査パターン2(OCT撮像範囲(矩形)の対角線走査パターン)の繰り返し時間が、第1の走査パターンの一例である本撮像走査パターン(矩形の3Dボリューム走査パターン)による撮像時間に比べて十分に短くなされていることに注目されたい。このことによりプレ走査を繰り返し合焦評価を実施しても所定時間内でOCT合焦が可能であり、被検者の負担も軽減できるのである。図17(a)にはその他の本撮像走査パターンに対応するプレ走査パターン2をプレ走査パターン1とともに例示した。
前述のごとくプレ走査パターン2の繰り返し時間は、本撮像走査パターンによる撮像時間に比べて十分に短くなされていることが必要条件であるが、加えて本撮像走査範囲の全体的なフォーカス状態が検出しやすい走査パターンとなることが望ましい。
図1では本発明に係るOCT装置の構成としてSD-OCTを例にとり説明したが、本発明が適用可能なOCT装置はこれに限らない。例えば、図1の光源を波長掃引型の光源に、分光器170を高感度の受光素子に置換し、その出力を光源の掃引波長に基づいて等波数でサンプリングする構成とすることによりいわゆるSS-OCTとすることができる。さらに本発明は、測定光の走査形式も図1に示した2次元走査型に限らず、例えば、図14に示したライン走査型のOCT装置にも適用可能である。尚、2次元走査型とは、撮像領域において点状に照射される測定光を2次元に走査するものである。ライン走査型とは、撮像領域においてライン状に照射される測定光を1次元に走査するものである。また、以下図14を用いライン走査型のOCT装置に適用する例を説明する。
さらに対物レンズ系を形成する2つのレンズ810と811の間にはダイクロマティックミラー960が設けられその分岐光路には図1と同様に眼底観察ユニットであるSLOユニット970が設けられている。
ラインセンサ829は走査ユニット140の一つの駆動位置において光ラインセンサは波長掃引光源801の波長掃引に対応して等波数間隔にて繰り返し露光と読み出し動作を繰り返し行っていく。読み出された出力は制御/信号処理ユニット180内の第2のA/D変換器307によりサンプリングされることにより、ラインセンサ829の画素ごとに所定の波数間隔でサンプルされた深さ情報の元となる干渉信号セットとして画像メモリ304に記憶される。さらに光走査ユニット140の走査位置を制御しながら、この干渉信号セットの取得を繰り返すことにより、複数の走査ラインからなる3次元断層信号が得られることになる。OCT画像生成部308は、これらの干渉信号セットをラインセンサの一画素に対応する干渉信号ごとに逐次演算することにより、光走査ユニット140の走査位置の被検眼眼底の断層像を生成する。
近年、OCTの新しい応用例として、造影剤を用いない血管造影法血管造影法(OCT Angiography:OCTA)が提案されている。OCTAは、撮像対象の同一断面(同一部分)をOCTで繰り返し撮像し、例えば、複素OCT信号の位相やベクトル、強度の時間的な変化を差、比率、又は相関等からその撮影間における撮像対象の時間的な変化を検出したデータいわゆるモーションコントラストデータを生成する。そして最終的には取得した3次元のモーションコントラストデータを2次元平面に投影することにより血管画像(以下、OCTA画像という。)を生成する撮像技法である。OCTAはこのように複数の画像データから複数ステップの演算処理により生成されるので、そのもとになるOCT信号の画質が最終結果に大きな影響を及ぼす。OCTユニットの合焦状態もその画質を左右する大きな要因となることは言うまでもない。従って、OCTA撮像において特に本発明はその効果を発揮する。またその一方、OCTA画像の画質の向上のため、複数のOCTA画像を別々に撮像した上で、それらを位置合わせ後、加算平均を取る方法も考案されている。このような撮像手法においては、撮像対象の同一断面をOCTで繰り返し撮像するOCTA画像をさらに繰り返して複数回連続的に撮像するため、総撮像時間が長時間となり、検者の負荷のみならず被患者の負担も飛躍的に増大するため、いかに総撮像時間を短縮するかが一つの大きな課題となってきた。そこで図1に示したSD-OCT装置を用いて複数のOCTA画像を別々に撮像するシーケンスにおいて本発明を効果的に適用したOCTA撮像手順のフローを図15に示す。
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 (13)
- 測定光を照射した被検眼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受光する受光手段を含む干渉光学系と、
前記受光手段の出力を用いて前記被検眼の断層画像を取得する断層画像取得手段と、
前記干渉光学系に設けられ、前記被検眼に対して前記測定光を走査する光走査手段と、
前記干渉光学系に設けられ、合焦手段を駆動する駆動手段と、
前記被検眼の撮像領域に対して前記測定光を走査する第1の走査パターンにより前記測定光が走査されている間における前記受光手段の出力を用いて記憶用の断層画像が取得される前に、前記第1の走査パターンの走査時間よりも短い走査時間で前記撮像領域の少なくとも一部に対して前記測定光を走査する第2の走査パターンにより前記測定光を繰り返し走査するように、前記光走査手段を制御し、前記記憶用の断層画像が取得される前に、前記第1の走査パターンの走査時間よりも短い走査時間で前記撮像領域の少なくとも一部に対して前記測定光を走査する第3の走査パターンにより前記測定光を繰り返し走査するように、前記光走査手段を制御し、前記第3の走査パターンにより前記測定光が繰り返し走査されている間における前記受光手段の出力を用いて前記合焦手段を駆動するように、前記駆動手段を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする光干渉断層撮影装置。 - 前記光走査手段は、前記撮像領域において点状またはライン状に照射される前記測定光を走査することを特徴とする請求項1に記載の光干渉断層撮影装置。
- 前記第2の走査パターン及び前記第3の走査パターンは、前記第1の走査パターンの走査密度に比べて粗い走査密度であることを特徴とする請求項1または2に記載の光干渉断層撮影装置。
- 前記第2の走査パターン及び前記第3の走査パターンは、前記撮像領域の一部に対して前記測定光を走査する走査パターンであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の光干渉断層撮影装置。
- 前記第3の走査パターンは、前記撮像領域の中央を通る1ラインに対して前記測定光を走査する走査パターンであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の光干渉断層撮影装置。
- 前記撮像領域は矩形であり、かつ
前記第3の走査パターンは、前記撮像領域の少なくとも一つの対角線の少なくとも一部に対して前記測定光を走査する走査パターンであることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の光干渉断層撮影装置。 - 前記撮像領域は矩形であり、かつ
前記第3の走査パターンは、前記撮像領域の中心を通り且つ2辺に平行な2ラインからなる十文字に対して前記測定光を走査する走査パターンであることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の光干渉断層撮影装置。 - 前記第3の走査パターンは、前記撮像領域の一部を含む円形状に対して前記測定光を走査する走査パターンであることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の光干渉断層撮影装置。
- 前記第1の走査パターンとして前記撮像領域の同一部分に対して前記測定光が複数回繰り返し走査されている間における前記受光手段の出力を用いて、前記撮像領域のモーションコントラストを算出する算出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項に記載の光干渉断層撮影装置。
- 前記算出手段は、前記モーションコントラストを複数回算出し、2回目以降に前記モーションコントラストを算出するための前記第1の走査パターンに対応する前記第2の走査パターンにより前記測定光が繰り返し走査されている間における前記受光手段の出力を用いて前記合焦手段による合焦状態を評価する評価指標を算出し、
前記制御手段は、前記算出された評価指標が閾値よりも小さい場合に、前記合焦手段を駆動するように前記駆動手段を制御することを特徴とする請求項9に記載の光干渉断層撮影装置。 - 前記第2の走査パターンは、前記撮像領域の中央を通る1ラインを含む王の字に前記測定光を走査する走査パターンであり、
前記制御手段は、前記王の字に対応する複数の断層画像を表示手段に表示させることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の光干渉断層撮影装置。 - 測定光を照射した被検眼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受光する受光手段を含む干渉光学系と、
前記受光手段の出力を用いて前記被検眼の断層画像を取得する断層画像取得手段と、
前記干渉光学系に設けられ、前記被検眼に対して前記測定光を走査する光走査手段と、前記干渉光学系に設けられ、合焦手段を駆動する駆動手段と、
を有する光干渉断層撮影装置の制御方法であって、
前記被検眼の撮像領域に対して前記測定光を走査する第1の走査パターンにより前記測定光が走査されている間における前記受光手段の出力を用いて記憶用の断層画像が取得される前に、前記第1の走査パターンの走査時間よりも短い走査時間で前記撮像領域の少なくとも一部に対して前記測定光を走査する第2の走査パターンにより前記測定光を繰り返し走査するように、前記光走査手段を制御する工程と、
前記記憶用の断層画像が取得される前に、前記第1の走査パターンの走査時間よりも短い走査時間で前記撮像領域の少なくとも一部に対して前記測定光を走査する第3の走査パターンにより前記測定光を繰り返し走査するように、前記光走査手段を制御する工程と、
前記第3の走査パターンにより前記測定光が繰り返し走査されている間における前記受光手段の出力を用いて前記合焦手段を駆動するように、前記駆動手段を制御する工程と、
を有することを特徴とする光干渉断層撮影装置の制御方法。 - 請求項12に記載の光干渉断層撮影装置の制御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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