JP7077283B2 - 眼科装置、画像生成方法およびプログラム - Google Patents

Description

開示の技術は、眼科装置、画像生成方法およびプログラムに関する。

生体などの断層像を非破壊、非侵襲で取得する光断層像取得装置として、ＯＣＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）と呼ばれる光干渉断層像取得装置が知られている。

ＯＣＴでは、光を使用して断層像を取得する。より具体的には、測定対象より反射した光と参照鏡からの光を干渉させ、その干渉した光強度の波長依存性（より正確には波数依存性）のデータをフーリエ変換することで断層像を得ている。このような光干渉断層像取得装置として、参照鏡の位置を変えることで測定対象の深さ情報を得るタイムドメインＯＣＴ、広帯域光源を使用したスペクトラルドメインＯＣＴ（ＳＤ－ＯＣＴ：Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｄｏｍａｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）発振波長を変えることができる波長可変光源装置を光源として使用した波長掃引光コヒーレンストモグラフィー（ＳＳ－ＯＣＴ：Ｓｗｅｐｔ Ｓｏｕｒｃｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置が知られている。

ＯＣＴでは光の干渉を利用して画像を生成しているため、形成される画像にスペックルノイズが発生する。特許文献１にはスペックルノイズを低減するために眼底上で所望の位置から意図的に所定量ΔＹずらした位置の断層画像を取得して所望の位置の断層像と平均化を行うことが開示されている。また、ΔＹは固視微動に基づいて設定することができる旨が特許文献１に開示されている。

特開２０１１－９５００５号公報

しかしながら、固視微動が大きい眼を撮像する場合、意図的に断層像の撮影位置をずらす量ΔＹを０にしたとしても得られた複数の断層像を平均化するとスペックルノイズは軽減されるが断層像がボケてしまうという課題がある。すなわち、固視微動によって断層像に含まれるスペックルノイズの軽減と断層像のボケの軽減との両立が阻害されるという課題がある。

開示の技術はこのような状況に鑑みてなされたものであり、断層像に含まれるスペックルノイズの軽減と断層像のボケの軽減とを両立させることを目的とする。

なお、前記目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的の１つとして位置付けることができる。

上記の課題を解決するために、開示の眼科装置は、眼底を追尾する追尾手段を有し、前記追尾手段により追尾を実施中に取得した複数の断層像を平均化した平均化断層像を生成する眼科装置であって、前記眼底の複数の表面像を連続してフレーム取得し、各フレーム毎に追尾誤差を計測する計測手段と、前記計測された追尾誤差に基づいて、前記眼底の撮像範囲内の複数の撮像位置を決定する決定手段と、前記決定された複数の撮像位置それぞれを測定光で走査することにより複数の断層像を取得する断層像取得手段と、前記断層像取得手段により取得された複数の断層像の画素値を平均化することで前記平均化断層像を生成する生成手段と、を備え、前記決定手段は、各フレーム毎に計測された前記追尾誤差が大きいほど、前記撮像範囲の中心の撮像位置を中心としたスキャン幅の前記撮像範囲の中心の撮像位置と前記複数の撮像位置のずれ量を小さくし、当該ずれ量に基づいて、前記複数の撮像位置同士の間隔は前記撮像範囲の中心の撮像位置から離れるほど広くなるように、前記断層像取得手段の撮像位置を決定する。

開示の技術によれば、断層像に含まれるスペックルノイズの軽減と断層像のボケを軽減との両立させることが可能になる。

本実施形態における眼科装置の全体構成の一例を示す概略図である。 本実施形態における光干渉断層像取得ユニットのスキャンパターンの一例を示す概略図である。 本実施形態における光干渉断層像取得ユニットのスキャン位置の一例を表す図。 本実施形態における処理手順の一例を示すフローチャートである。 １フレーム毎眼底動き量の度数分布の具体例を示す図である。 本実施形態における画像処理装置の表示部の表示画面における表示例を示す図である。 本実施形態における処理手順の一例を示すフローチャートである。 本実施形態における固視微動量計測結果の一例を表す図である。 本実施形態における処理手順の一例を示すフローチャートである。 本実施形態における処理手順の一例を示すフローチャートである。

以下、添付の図面を参照して、本実施形態に係る眼科装置を説明する。なお、以下の実施形態において示す構成は一例に過ぎず、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

［装置の全体構成］
図１は、本実施形態における眼科装置１の全体構成の概略図である。本装置は、光干渉断層像取得ユニット３、表面画像取得ユニット２、固視灯ユニット６、制御装置７を備える。

（光干渉断層取得ユニットの説明）
光干渉断層取得ユニット３は、眼部の断層像を撮像する装置であり、例えば、タイムドメインＯＣＴやＳＤ－ＯＣＴやＳＳ－ＯＣＴからなる。図１に、光干渉断層取得ユニット３がＳＳ－ＯＣＴである場合の構成を示す。なお、本実施形態において光干渉断層取得ユニット３はＳＳ－ＯＣＴとしたが、これに限定されるものではなく、光干渉断層取得ユニット３はＳＤ－ＯＣＴまたはＴＤ－ＯＣＴであってもよい。

波長掃引光源５０１は例えば波長９９４ｎｍから１１０１ｎｍの光を１００ｋＨｚの周波数で出射する。なお、これらの数値は例示であり他の値とすることとしてもよい。波長掃引光源５０１から出射された光は、ファイバ５４１を介し、ファイバカプラ５０２に導かれ、ファイバ５４２を介しファイバカプラ５０３へ向かう光とファイバ５４９を介しｋ－ｃｌｏｃｋ生成装置へ向かう光とに分割される。ファイバカプラ５０２の分岐比は、９０（ファイバカプラ５０３へ向かう光）：１０（ｋ－ｃｌｏｃｋ生成装置へ向かう光）である。ファイバカプラ５０３へ向かう光はファイバ５４３を介しサンプルへ向かう測定光と、ファイバ５４４を介し参照系５１２へ向かう参照光とに分割される。ファイバカプラ５０３の分岐比は、８０（参照光）：２０（測定光）である。

測定光は、ファイバ５４３を介してコリメータ５０６から平行光として出射される。出射された測定光は、眼底において測定光を水平方向、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－Ｙ走査ミラー５１１を介し、ダイクロイックミラー５２２に到達する。Ｘ－Ｙ走査ミラー５１１は、走査手段の一例に相当し、駆動制御部５２３により制御され、眼底の所望の範囲で測定光を走査することができる。なお、測定光が走査される眼底上の範囲は、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してみなすことができる。ダイクロイックミラー５２２は、９９０ｎｍ～１１１０ｎｍの光を反射し、それ以外の光を透過する特性を有する。なお、この数値は例示であり他の値とすることとしてもよい。

ダイクロイックミラー５２２で反射した測定光は、ステージ５３１上に乗ったフォーカスレンズ５３０により、被検体である眼底の網膜層にフォーカスされる。眼底を照射した測定光は各網膜層で反射・散乱し、上述の光学経路をファイバカプラ５０３に戻り、ファイバ５４６を介しファイバカプラ５０４に到達する。

一方、ファイバカプラ５０３で分岐された参照光は、ファイバ５４４を介してコリメータ５１３から平行光として出射される。出射された参照光は分散補償ガラス５１４を介し、コヒーレンスゲートステージ５１６上のミラー５１５で反射され、コリメータ５１７を介しファイバカプラ５０４に到達する。

コヒーレンスゲートステージ５１６は、被検者の眼軸長の相違等に対応する為、駆動制御部５２３で制御される。なお、コヒーレンスゲートとは、測定光の光路における参照光の光路長に対応する位置のことである。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できれば良い。

ファイバカプラ１０４に到達した測定光と参照光とは合波されて干渉光（以下、「合波光」ともいう）となり、差動検出器５７１にて受光される。

また、ファイバカプラ５０２で分岐されたｋ－ｃｌｏｃｋ生成装置５５１へ向かう光は、ｋ－ｃｌｏｃｋ生成装置５５１により受光され、波数等間隔のトリガ信号を出力する。

ｋ－ｃｌｏｃｋ生成装置５５１は例えばマッハツェンダー干渉計（ＭＺＩ：Ｍａｃｈ－Ｚｅｈｎｄｅｒ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）と、差動検出器と、コンパレータにより構成され、波数等間隔でトリガ信号を出力する。

差動検出器５７１にて受光された合波光は電気信号に変換され、ＡＤ変換ボード５５２によりサンプリングされる。ここで、ＡＤ変換ボード５５２はｋ－ｃｌｏｃｋ生成装置５５１から出力されるトリガ信号に基づき、電気信号に変換された合波光を等波数間隔でサンプリングする。

こうして得られる波数等間隔のスペクトル信号に対し、画像形成部５６１は高速フーリエ変換（ＦＦＴ）の信号処理を加えることでサンプルの深さ方向の反射率分布を求めることができる。さらに、Ｘ－Ｙ走査ミラー５１１が測定光をサンプル上でラインスキャンすることにより、２次元断層像が得られ、得られた２次元断層像は出力部５９１に出力される。

（表面画像取得ユニットの説明）
表面画像取得ユニット２は、眼部の表面画像を撮像する装置であり、例えば眼底カメラまたは走査型レーザー検眼鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｌａｓｅｒ Ｏｐｈｔｈａｌｍｏｓｃｏｐｙ）からなる。本実施形態では、表面画像取得装置としてＳＬＯを用いた例を説明する。ここで、表面画像取得ユニット２は被検眼の表面像を取得する表面像取得手段の一例に相当する。

表面画像撮像光源５００は、半導体レーザーであり、本実施形態では、例えば、中心波長７８０ｎｍの光を出射する。なお、中心波長の値は例示であり他の値であってもよい。表面画像撮像光源５００から出射された測定光は、コリメータ５１８から平行光として出射され、穴あきミラー５２０の穴あき部を通過し、眼底において測定光を水平方向、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－Ｙ走査ミラー５１０を介し、ダイクロイックミラー５２１に到達する。Ｘ－Ｙ走査ミラー５１０は、駆動制御部５２３により制御され、眼底の所望の範囲で測定光を走査することができる。

なお、Ｘ－Ｙ走査ミラー５１０は、ＳＬＯ用の走査手段の一例であり、共通のＸＹスキャナとして構成しても良い。ダイクロイックミラー５２１は、７６０ｎｍ～８００ｎｍを反射し、それ以外の光を透過する特性を有する。なお、これらの数値は例示であり他の値とすることとしてもよい。

ダイクロイックミラー５２１にて反射された測定光は、光干渉断層取得ユニット３と同様の光路を経由し、眼底に到達する。

眼底を照射した測定光は、眼底で反射・散乱され、上述の光学経路をたどり穴あきミラー５２０に達する。穴あきミラー５２０で反射された光は、レンズ５３２、絞り５４０を介し、光センサ１５０で受光され、電気信号に変換されて、画像形成部５６０へ伝送され出力部５７０から画像データとして出力される。なお、光センサ５５０は例えばフォトダイオードもしくは光電子増倍管であってもよい。

ここで、穴あきミラー５２０の位置は、被検眼の瞳孔位置と共役となっており、眼底に照射された測定光が反射・散乱された光のうち、瞳孔周辺部を通った光が、穴あきミラー５２０によって反射される。

（固視灯ユニットの説明）
固視灯ユニット６は、内部固視灯用表示部５８０、レンズ５８１で構成される。内部固視灯用表示部５８０として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５２３の制御により撮像したい部位に合わせて変更される。内部固視灯用表示部５８０からの光は、レンズ５８１を介し、被検眼に導かれる。内部固視灯用表示部５８０から出射される光は５２０ｎｍで、駆動制御部５２３により所望のパターンが表示される。なお、これらの数値は例示であり他の値とすることとしてもよい。

なお、内部固視灯用表示部５８０から出射される光の波長は６３５ｎｍであってもよく、可視光の波長帯から患者が見やすい色の波長に設定することがきる。すなわち、内部固視灯用表示部５８０から出射される光の波長は本実施形態の値に限定されるものではない。

（制御装置の説明）
制御装置７は、駆動制御部５２３、信号処理部５２４、データ保存部５２５、表示部５２６を備える。

なお、制御装置７は、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）で構成しても良い。その場合には、制御装置７を構成する駆動制御部５２３、信号処理部５２４の各機能は制御プログラムと見なすことができ、ＣＰＵが制御プログラムを実行することにより眼科装置１の制御を実現する。具体的には、制御装置７が備えるＣＰＵは不図示のＲＯＭに記憶されたプログラムを不図示のＲＡＭに展開し実行することにより駆動制御部５２３、信号処理部５２４として機能する。

なお、ＣＰＵおよび制御プログラムを記憶する記憶手段は１つであってもよいし複数であってもよい。すなわち、少なくとも１以上の処理装置（ＣＰＵ）と少なくとも１つの記憶装置（ＲＯＭ）とが接続されており、少なくとも１以上の処理装置が少なくとも１以上の記憶装置に記憶されたプログラムを実行した場合に眼科装置１は駆動制御部５２３、信号処理部５２４として機能する。

駆動制御部５２３は、Ｘ－Ｙ走査ミラー５１１、コヒーレンスゲートステージ５１６等、上述の通り眼科装置１の各部を制御する。

信号処理部５２４は、撮像パラメタ取得部５３８、固視微動量計測部５３３、追尾誤差予測部５３４、スキャン位置算出部５３５、断層像平均化処理部５３６、眼底追尾制御部５３７を備える。信号処理部５２４が備える機能についても、ＣＰＵが制御プログラムを実行することにより実現される。

撮像パラメタ取得部５３８は、不図示のマウス又はキーボード等のユーザインタフェースを用いた操作者の入力からＯＣＴの撮像パラメタを取得する。

固視微動量計測部５３３は、表面画像取得ユニット２の出力部５７０から出力される画像信号に基づき、固視微動量の計測を行う。言い換えれば、固視微動量計測部５３３は被検眼の動きを取得する。すなわち、固視微動量計測部５３３は被検眼の動きを検出する検出手段の一例に相当する。なお、固視微動量の計測の具体的な方法は後述する。

追尾誤差予測部５３４は、表面画像取得ユニット２の出力を用いて得られた被験体の位置を光干渉断層取得ユニットで撮像する際の位置の誤差（以下、追尾誤差という）の予測を行う。より具体的には、後述の眼底追尾制御部５３７によって光干渉断層取得ユニット３による撮像位置が被検眼の所定位置に対して追尾された場合の、撮像位置と所定位置とのずれ（変位）が追尾誤差予測部５３４によって予測される。すなわち、追尾誤差予測部５３４は眼底追尾制御部５３７（追尾手段）により眼部の所定位置に対して追尾された第１撮像位置と所定位置との誤差に対応する値を取得する誤差取得手段の一例に相当する。

スキャン位置算出部５３５は、前記追尾誤差に基づきＯＣＴスキャン位置の算出を行う。

断層像平均化処理部５３６は光干渉断層像取得ユニット３の出力部５７１から出力される画像信号に基づき、断層画像の平均化を行う。

眼底追尾制御部５３７は、固視微動量計測部５３３の計測結果に基づいて、光干渉断層取得ユニット３に眼底追尾を行わせる。すなわち、眼底追尾制御部５３７は被検眼の動きの検出結果に基づいて第１撮像位置を前記被検眼の所定位置に対して追尾させる追尾手段の一例に相当する。なお、光干渉断層取得ユニット３は眼底追尾制御部５３７の制御の下で断層像を取得する。

なお、撮像パラメタ取得、固視微動量の計測、追尾誤差の予測、スキャン位置の算出、眼底追尾、断層像平均化処理などの詳細については後述する。

データ保存部５２５は表面画像取得ユニット２と光干渉断層取得ユニット３により形成された画像、及び信号処理部５２４によって信号処理された画像データと信号処理結果を保存する。データ保存部５２５は、例えば、磁気ディスクによって構成されるがこれに限定されるものではない。

表示部５２６は、表面画像取得ユニット２と光干渉断層取得ユニット３により形成された画像、及び信号処理部５２４によって信号処理された画像データと信号処理結果、さらにデータ保存部５２５に蓄積された画像データと信号処理結果を表示する。

表示部５２６は、例えば、液晶等のディスプレイである。

［スキャン位置の説明］
次に、図２を参照して本実施形態におけるスキャン位置の決定方法について説明する。図２は、平均化画像を生成するために、複数の断層像を取得する際の目標とする眼底上のスキャンパターンを示すものである。図においてＮはスキャンライン数、Ｙｃは断層像を取得したいＹ方向の位置を表す。ここで、Ｙｃは第１撮像位置の一例に相当する。このスキャンパターンは、スペックルノイズ除去のためＹｃを中心としてΔＹのスキャン幅を有する。このＹｃおよびΔＹは、後述するように装置の操作者によって設定される値である。ΔＹはユーザーにより入力された撮像範囲の一例に相当する。なお特許文献１等の技術を用いて自動的にΔＹを決定することとしてもよい。また、眼底画像を解析することによって眼底の特徴部分（黄斑、乳頭または病変等）を検出してスキャン位置Ｙｃを自動的に決定することとしてもよい。すなわち、ＹｃおよびΔＹは自動で決定されることとしてもよいし、手動で決定されることとしてもよい。

さらに、本実施例においては平均化画像のボケを低減するため、その密度分布がガウス分布となるように各スキャンにおけるＹ方向の位置が決定される。すなわち、複数の撮像位置同士の間隔は第１撮像位置から離れるほど広くなるように撮像位置が決定される。

ガウス分布の平均値はＹｃと一致しており、その分散σ２はΔＹに基いて決まる。Ｙｃに対して両側で等しいスキャン数にするため、Ｎは奇数が好ましいが、本発明はこれに限定されるものではない。各スキャンラインのＹ方向の位置はＹｉ（ｉ＝０，１，…Ｎ－１）で表す。また、Ｙｃはスキャンパターンの中心に位置するものとし、

の関係で表される。

次に、図３を用いてガウス分布からスキャン位置を決める方法についてＹｉを定式化して説明する。

本実施例において、ｉ番目のスキャンラインＹｉの位置はＹ＝Ｙ０±３σの間に分布するようにスキャン位置が決定され、ΔＹとガウス分布の広がりとの関係は式（１）で表されるものとする。
ΔＹ＝６σ 式（１）

そして、式（２）で示すようにスキャンラインＹｉで区切られるガウス分布の面積をＳｉとし、Ｎ－１個のＳｉがガウス分布の面積を等分割するようにＹｉの位置を決定する。

ここで、スキャン位置の確率密度関数は式（３）で表されるガウス分布とする。

また、ガウス関数の原始関数Ｆ（Ｙｉ）は次式である。

ここでｅｒｆはガウスの誤差関数である。

式（４）はガウス分布全体の累積分布関数であるが、ガウス分布の

の範囲の累積分布関数は（５）式で表され、図３よりＳ０＝Ｓ１＋…＋Ｓｉ－１と等しい。よって次式が得られる。

ここで、上述したように、すべてのＳｉがガウス分布の面積、１を等分割するようにＹｉの位置を決定するので式（２）より、次の関係が成り立つ。

よって式（５）、式（６）より次式が得られる。

式（７）をＹｉについて解くとｉ番目のスキャンラインＹｉの位置は次式で表すことができる。

なお、本実施例ではＹｉを計算で求めたが、ＹｉはＮ（Ｙｃ，σ２）の正規乱数としてコンピュータが与えても良い。

そして、目標とする眼底上のスキャンパターンの分布σは、実際には追尾時の目の動きによる誤差を考慮する必要がある。したがって、意図的に光干渉断層像取得ユニットのスキャン位置動かして与えるスキャンの分散をσｓ２、追尾時の目の動きによる分散（追尾誤差）をσｅ２としたとき分散の加法性により次の関係が成り立つ。
σ２＝σｓ２＋σｅ２ 式（９）

本実施形態ではユーザーがΔＹを入力して式（１）よりσを決定し、追尾誤差予測部がσｅを決定し、スキャン位置算出部が式（９）からσｓを決定する。

［具体的な処理の手順］
次に、図４を参照して、本実施形態の眼科装置の具体的な処理の手順を説明する。

（ステップＳ３１０）
ステップＳ３１０において、撮像パラメタ取得部５３８は、操作者がマウス、キーボード等を用いて入力することにより、平均化画像を生成するために複数の断層像を取得する際の目標とする眼底上のスキャンパターンを決定するためのパラメタを取得する。具体的にはスキャン位置Ｙｃ、スキャン幅ΔＹ、とスキャンライン数Ｎを取得する。

なお、スキャン幅ΔＹはレーザーの波長より計算されるスペックルノイズの大きさとしてもよい。また、病変や撮像ターゲットのサイズが小さければΔＹを小さく、大きければΔＹを大きく設定してもよい。

（ステップＳ３２０）
ステップＳ３２０において、駆動制御部５２３は表面画像取得ユニット２に、被検眼の表面画像の撮像と取得画像の送信を要求し、表面画像取得ユニット２に被検眼の表面画像を撮像させる。また、駆動制御部５２３は、表面画像取得ユニット２により撮像された被検眼の表面画像が送信されてきた場合、表面画像を固視微動計測部５３４へと送信する。なお、表面画像取得ユニット２は撮像した表面画像を直接固視微動計測部５３４へ送ることとしてもよい。

（ステップＳ３３０）
ステップＳ３３０において、固視微動量計測部５３３は固視灯ユニット６を表示し、被検眼を固視させる。その間に固視微動量計測部５３３は、表面画像取得ユニット２により表面画像を連続してフレーム取得し、信号処理により固視微動量を測定する。取得された固視微動量は追尾誤差取得部へと送信される。固視微動計測の処理内容については後に詳しく説明する。なお、固視微動量計測部５３３はステップＳ３２０の段階で固視灯ユニット６に固定灯を被検眼に提示させることとしてもよい。

（ステップＳ３４０）
ステップＳ３４０において、追尾誤差予測部５３４は追尾誤差σｅを予測する。追尾誤差σｅは、表面画像取得ユニット２が表面画像を取得した時刻から、眼底追尾制御部がテンプレート照合して、眼底位置を検出し、光干渉断層取得ユニットのＸ－Ｙ走査ミラー５１１が駆動するまでの時間（以後、追尾ｄｅｌａｙという）中に、眼底が動く量である。すなわち、σｅは追尾手段により眼部の所定位置に対して追尾された第１撮像位置と所定位置との誤差に対応する値の一例に相当する。

本実施例では眼底追尾制御部５３７が、追尾ｄｅｌａｙが表面撮像取得周期と概ね等しくなるように眼底追尾している。ここで追尾誤差σｅは次のように求める。

固視微動量計測部５３３がステップＳ３３０にて得た固視微動量より、表面画像１フレームごとに、前フレームとの眼底位置の差（以後、１フレーム毎眼底動き量）を求める。すなわち、検知手段の一例に相当する固視微動量計測部５３３は複数の表面画像を比較することによって被検眼の動きを検出する。こうして得られた［固視微動量計測で取得した画像フレーム数－１］個の数の１フレーム毎眼底動き量より計算した分散が追尾誤差σｅ２である。１フレーム毎眼底動き量の度数分布の具体例を図５に示す。

（ステップＳ３５０）
ステップＳ３５０において、スキャン位置算出部５３５は、光干渉断層像取得ユニットのスキャン位置（以降、Ｙｓとする）を計算する。Ｙｓは目標とするスキャンパターンと同様ガウス分布とする。

まず、光干渉断層像取得ユニットのスキャン位置の標準偏差σｓを式（９）より求める。

ここで、式（１）よりσが既知であり、ステップ３４０よりσｅが既知であるので、σｓは既知である。次に、具体的にＹｓは式（８）においてσの代わりにσｓを代入する形で求める。すなわち、式（１１）のようにＹｓのｉ番目のスキャン位置を決定する。ここで、Ｙｃ以外のＹｓは第２撮像位置の一例に相当する。すなわち、第２撮像位置は複数の撮像位置を含む。なお、式（１０）より明らかなように、スキャン位置算出部５３５は、誤差を示す値σｅが大きいほど、第１撮像位置と第２撮像位置とのずれ量σｓを小さくすることとなる。なお、ここでσはユーザーにより入力された撮像範囲ΔＹに基づいて定まる値である。すなわち、σｓはユーザーにより入力された撮像範囲および誤差に対応する値に基づいて決定される。

このように、スキャン位置算出部５３５は、目標とするスキャンパターンに対し、追尾時の目の動きによる誤差を考慮してスキャン位置密度分布のσｓを計算する。そしてそのσｓに基いて光干渉断層像取得ユニットのスキャン位置Ｙｓを算出する。すなわち、スキャン位置算出部５３５は、誤差に対応する値に基づいて、所定位置に対して追尾された第１撮像位置からずれた位置を第２撮像位置として決定する決定手段の一例に相当する。

なお、式（９）においてσｓが負の値となる場合は、固視微動が大きいため追尾誤差による標準偏差が最終的な走査パターンの標準偏差より大きいことを意味する。

そのため、スキャンラインの分散σｓ２をゼロに設定し、同一ラインのスキャンを繰り返す。すなわち、誤差を示す値が所定値より大きい場合、第１撮像位置と第２撮像位置とのずれ量を０にする。なお、この場合は平均化画像にボケが発生する場合があるため、スキャン位置算出部５３５は表示部５２６に追尾誤差の警告灯を表示する。この警告灯は、操作者が光干渉断層像の再取得を行うかどうかの判断に役立てることができる。

（ステップＳ３６０）
ステップＳ３６０において、眼底追尾制御部５３７は眼底追尾を実行し、光干渉断層取得ユニット３は断層像を複数取得する。すなわち、干渉断層取得ユニット３は、第１撮像位置の断層像および第２撮像位置の断層像を取得する断層像取得手段の一例に相当する。なお、眼底追尾および断層像取得の内容については後に詳しく説明する。

（ステップＳ３７０）
ステップＳ３７０において、断層像平均化処理部５３６は光干渉断層像取得ユニット３の出力部５７１から出力される複数の走査線に対応する複数の断層像を位置合わせして画素値を平均化することにより平均化断層像を形成する。すなわち、断層像平均化処理部５３６は断層像取得手段により取得された複数の断層像を平均化することで１の断層像を生成する生成手段の一例に相当する。断層像平均化処理の内容については後に詳しく説明する。

（ステップＳ３８０）
ステップＳ３８０において、表示部５２６は信号処理部５２４で生成された平均化断層像と、表面画像と、走査回数Ｎ、平均化画像数、画像平均化閾値、追尾誤差の警告灯を表示する。さらに表面画像には、最終的な走査パターンを重畳表示する。

図６に、表示部５２６の表示の一例を示す。

表面画像には、最終的な走査パターンＡＡを重畳表示することで、操作者は断層像の撮像位置を正確に把握することができる。

（固視微動量計測部の処理）
次に、図７を参照して、ステップＳ３３０で実行される固視微動量計測の手順を説明する。本実施形態では、被検者が固視している最中に眼底の表面画像を一定期間撮像し、眼底の動きを調べることで、被検眼の固視微動量を計測する。

（ステップＳ３３１）
ステップＳ３３１において、固視微動量計測部５３３は駆動制御部５２３に指示して固視灯を点灯し、被検眼を固視させる。

（ステップＳ３３２）
ステップＳ３３２において、固視微動量計測部５３３は駆動制御部５２３に指示し、被検眼が固視している最中に表面画像取得ユニットが３０Ｈｚのレートで１０秒間表面画像を連続的に取得する。

（ステップＳ３３３）
ステップＳ３３３において、固視微動量計測部５３３は、ステップＳ３３２で得られた複数の表面画像のうち、先頭フレームをテンプレートとして設定する。得られたテンプレートはデータ保存部５２５に保存される。

なお、テンプレートの設定は、操作者が表面画像からテンプレート位置を指定してもよい。この際、テンプレート位置は眼底血管の交差部などの特徴的な部分画像を抽出してテンプレートとすることが望ましい（部分テンプレート）。このように部分テンプレートを用いることにより、後に実行するテンプレート照合の処理速度を向上することもできる。

なお、部分テンプレートの位置の指定は固視微動量計測部５３３が自動で行っても良い。その際、パターンに特徴のあるエリアを選択するためのアルゴリズムとして、Ｈａｒｒｉｓのコーナー検出アルゴリズムを用いてもよい。

なお、パターンに特徴のあるエリアを選択するためのアルゴリズムとしてＭｏｒａｖｅｃのコーナー検出アルゴリズムやその他のコーナー検出アルゴリズムを用いても良い。

（ステップＳ３３４）
ステップＳ３３４において、固視微動量計測部５３３は、ステップＳ３３２で得られた複数の表面画像を、テンプレートでフレーム毎に照合し位置ずれ量（δＸ、δＹ、δθ）を求める。

具体的にはテンプレート画像の位置を変えながら類似度を表す指標であるＮｏｒｍａｌｉｚｅｄ Ｃｒｏｓｓ－Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ（ＮＣＣ）を計算し、この値が最大となるときの画像位置の差を位置ずれ量として求める。

なお、類似度を表す指標は、テンプレートとフレーム内の画像の特徴の類似性を表す尺度であればどのようなものでもよく、例えばＳｕｍ ｏｆ Ａｂｕｓｏｌｕｔｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ（ＳＡＤ）、Ｓｕｍ ｏｆ Ｓｑｕａｒｅｄ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ（ＳＳＤ）、Ｚｅｒｏ－ｍｅａｎｓ Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ Ｃｒｏｓｓ－Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ（ＺＮＣＣ）等を用いることができる。

（ステップＳ３３５）
ステップＳ３３５において、ステップＳ３３４で実行されたテンプレート照合結果から、走査線と垂直な方向のテンプレートの動き量（以後、Ｙ方向の動きという）を求めることにより、Ｙ方向の固視微動量を算出する。固視微動量の計測結果の例を図８に示す。
固視微動量は、縦軸が眼球位置、横軸が時間としたグラフにおいて、表面画像１フレームごとの眼球位置がプロットされたものとして表される。

（眼底追尾および断層像取得）
次に、図９を参照して、ステップＳ３６０で実行される眼底追尾および断層像取得の手順を説明する。

（ステップＳ３６１）
ステップＳ３６１において、眼底追尾制御部５３７は、表面画像取得ユニット２に被検眼の表面画像の撮像と取得画像の送信を要求し、テンプレート生成用に、被検眼の表面画像を例えば２０フレーム取得する。そして、取得した表面画像を眼底追尾制御部５３７へと送信する。

なお、次ステップで説明するようにテンプレート生成用の表面画像は２０フレーム以上が好ましいが、２０フレームに限るものではない。

（ステップＳ３６２）
ステップＳ３６２において、眼底追尾制御部５３７は、ステップＳ３６１で取得した２０フレームの表面画像を平均化することにより追尾テンプレートを生成する。

なお、テンプレート生成用の表面画像の画像数は多いほどテンプレート画像の画質が向上し、その結果テンプレート照合の精度が向上する。その半面、テンプレート生成用の表面画像が多いとテンプレート生成にかかる処理時間は増大する。そのため、フレーム数は必要なテンプレート照合の精度と処理速度を勘案して決定すればよいが、光干渉断層像の撮影に必要な精度を確保する上では２０フレーム以上が好ましい。

そして眼底追尾制御部５３７は、生成したテンプレート画像をデータ保存部５２５に保存する。

（ステップＳ３６３）
ステップＳ３６３において、眼底追尾制御部５３７は、表面画像取得ユニット２に被検眼の表面画像の撮像と取得画像の送信を要求し、被検眼の追尾用表面画像を１フレーム取得する。そして、取得した表面画像を眼底追尾制御部５３７へと送信する。

（ステップＳ３６４）
ステップＳ３６４において、眼底追尾制御部５３７は、ステップＳ３６２で生成したテンプレートと、ステップＳ３６３で取得した追尾用表面画像をテンプレート照合し、テンプレートに対する追尾用表面画像の眼底移動量（δＸ、δＹ、δθ）を算出する。

なお、テンプレート照合の詳細においてはステップＳ３３４で説明した内容と同じなので説明を省略する。

（ステップＳ３６５）
ステップＳ３６５において、眼底追尾制御部５３７は、スキャン位置がステップＳ３５０で算出したスキャン位置Ｙｓｉ（式１１参照）となるようにＸ－Ｙ走査ミラー５１１を駆動する。すなわち、追尾手段は走査手段を制御することで第１撮像位置を所定位置に対して追尾させる。この際、ステップＳ３６４で算出した眼底移動量（δＸ、δＹ、δθ）をオフセットしてＸ－Ｙ走査ミラー５１１を駆動することでスキャン位置を眼底の動きに追従させる。

（ステップＳ３６６）
ステップＳ３６６において、眼底追尾制御部５３７は、光干渉断層取得ユニット３に被検眼の断層像の撮像と取得画像の送信を要求し、ステップＳ３５０で算出したＮ個スキャン位置のうち、被検眼の断層像を１フレーム取得する。

さらに、図９の繰り返し記号が示すように、ステップＳ３６３からステップＳ３６６の手順をＮ個スキャン位置それぞれについて実行し、最終的にＮフレームの画像を取得する。

ここで、被検眼上の最終的な走査パターンの分散は、スキャン位置算出部５３５が算出したスキャンパターンの分散σｓ２に被検眼の眼の動きを眼底追尾した際の追尾誤差σｅ２が乗ったものとなり、式（９）が示す目標とするスキャンパターンの分散σが実現する。

すなわち、固視微動が大きい場合にも、撮像パラメタ取得部５３８がステップＳ３１０で取得した、走査間隔ΔＹのスキャンパターンで被検眼をスキャンすることができる。

（断層像平均化処理）
次に、図１０を参照して、ステップＳ３７０で実行される断層像平均化処理の手順を説明する。

（ステップＳ３７１）
ステップＳ３７１において、断層像平均化処理部５３６は、ステップＳ３６０で形成されたＮフレームの断層像について全ての組み合わせについて互いに輝度相関を計算し、他の画像との相関係数の和が最も大きい１フレームをテンプレート画像とする。これにより、固視微動によるブレの最も小さな画像をテンプレートして用いることができる。

また、Ｎフレームの断層像のうち、中心スキャン位置を確実に平均化するために、中心スキャン位置に相当する断層像をテンプレート画像として選択してもよい。

（ステップＳ３７２）
ステップＳ３７２において、ステップＳ３７１で選択したテンプレート画像で、テンプレート画像を除いたＮ－１フレームの画像をテンプレート照合する。

そして、テンプレート照合の際に得られる相関係数が閾値以上の画像を抽出する。これにより、ブレの大きな画像を捨てて平均化することができる。

本実施形態においては、追尾により位置制御しながら光干渉断層取得しているため、追尾しない場合に比べて抽出される画像が多く、効率的に取得画像を平均化することができる。

なお、テンプレート照合の詳細においてはステップＳ３３４で説明した内容と同じなので説明を省略する。

（ステップＳ３７３）
ステップＳ３７３において、Ｓ３７２で抽出した画像について位置を合わせて画素毎に輝度を平均化し、平均化断層像を生成する。

以上、本実施形態では固視微動量を計測し、固視微動量に応じて追尾誤差を予測して光干渉断層像取得のスキャン位置を決定し、さらに追尾をしながら光干渉断層取得している。従って、被験体の固視微動が大きい場合においても、複数の光干渉断層像の平均化による画像のボケを軽減しかつスペックルノイズを効果的に軽減した眼科装置の提供が可能になる。すなわち、断層像に含まれるスペックルノイズの軽減と断層像のボケの軽減とを両立させることが可能になる。

５３３ 固視微動量計測部
５３４ 追尾誤差予測部
５３５ スキャン位置算出部
５３６ 断層像平均化処理部
５３７ 眼底追尾制御部

Claims (6)

1. 眼底を追尾する追尾手段を有し、前記追尾手段により追尾を実施中に取得した複数の断層像を平均化した平均化断層像を生成する眼科装置であって、
   前記眼底の複数の表面像を連続してフレーム取得し、各フレーム毎に追尾誤差を計測する計測手段と、
   前記計測された追尾誤差に基づいて、前記眼底の撮像範囲内の複数の撮像位置を決定する決定手段と、
   前記決定された複数の撮像位置それぞれを測定光で走査することにより複数の断層像を取得する断層像取得手段と、
   前記断層像取得手段により取得された複数の断層像の画素値を平均化することで前記平均化断層像を生成する生成手段と、を備え、
   前記決定手段は、各フレーム毎に計測された前記追尾誤差が大きいほど、前記撮像範囲の中心の撮像位置を中心としたスキャン幅の前記撮像範囲の中心の撮像位置と前記複数の撮像位置のずれ量を小さくし、当該ずれ量に基づいて、前記複数の撮像位置同士の間隔は前記撮像範囲の中心の撮像位置から離れるほど広くなるように、前記断層像取得手段の撮像位置を決定することを特徴とする眼科装置。
2. 前記決定手段は、前記追尾誤差が所定値より大きい場合、前記撮像範囲の中心の撮像位置からの前記複数の撮像位置のずれ量を０にすることを特徴とする請求項１に記載の眼科装置。
3. 前記決定手段は、前記複数の撮像位置の密度分布がガウス分布となるように各撮像位置を決定することを特徴とする請求項１または２に記載の眼科装置。
4. 前記断層像取得手段は走査手段を備えたＯＣＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）であって、
   前記追尾手段は、前記走査手段を制御することで前記眼底の動きに対して追尾させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の眼科装置。
5. 眼底を追尾する追尾手段を有する眼科装置において、前記追尾手段により追尾を実施中に取得した複数の断層像を平均化した平均化断層像を生成する断層像生成方法であって、
   前記眼底の複数の表面像を連続してフレーム取得し、各フレーム毎に追尾誤差を計測する計測工程と、
   前記計測された追尾誤差に基づいて、前記眼底の撮像範囲内の複数の撮像位置を決定する決定工程と、
   前記決定された複数の撮像位置それぞれを測定光で走査することにより複数の断層像を取得する断層像取得工程と、
   前記取得された複数の断層像の画素値を平均化することで前記平均化断層像を生成する生成工程と、を備え、
   前記決定工程において、各フレーム毎に計測された前記追尾誤差が大きいほど、前記撮像範囲の中心の撮像位置を中心としたスキャン幅の前記撮像範囲の中心の撮像位置と前記複数の撮像位置のずれ量を小さくし、当該ずれ量に基づいて、前記複数の撮像位置同士の間隔は前記撮像範囲の中心の撮像位置から離れるほど広くなるように、前記断層像取得工程において取得する断層像の撮像位置を決定することを特徴とする断層像生成方法。
6. 請求項５に記載の断層像生成方法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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