JP7105790B2 - 網膜厚 - Google Patents

Description

この発明は、網膜の厚さの測定に関する。

中心網膜における網膜厚は、疾患をそれらの初期段階に検出し、治療の有効性を監視するためにしばしば使用される。一般に、光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）システムを用いて得られる画像およびデータが、使用される。標準的なスペクトルＯＣＴシステムは典型的には、単一光源からの光を２つの部分に分け、その各々は、干渉計における異なる経路を横断する。参照経路と呼ばれる、片方の経路は、単に参照経路を進むビームに可変遅延を導入するだけである。物体経路と呼ばれる、もう一方の経路は、患者の眼に進み、患者の眼から散乱して戻る。患者の眼から散乱して戻る光は、干渉信号を作成するために参照経路からの光と混合される。干渉信号は、分光計を用いて分析される。使用可能なＯＣＴ信号が作成されるためには、２つの経路は、長さが整合されなければならない。しかしながら、これは、患者の動きが、問題になる傾向があることを意味する。複雑な画像処理が、標準的なＯＣＴシステムを使用するとき網膜厚を決定するときに患者の動きを補償するために行われなければならない。

より簡単な手順を使用して網膜厚を測定する方法を提供する必要性があり、また、それは好ましくは、患者による動きがないことに依存しない。

本発明の一実施形態によると、網膜の厚さを決定するための方法が、提供される。網膜は、光のビームを用いて照らされる。網膜によって反射されたビームは、受け取られ、周波数スペクトル信号が、反射ビームを使用して作成される。高速フーリエ変換（ＦＦＴ）が、空間領域信号を作成するために周波数スペクトル信号に適用される。網膜の厚さは、空間領域信号のパワーが下限パワーまで下がる空間領域信号の空間的測定から決定される。

本発明の別の実施形態によると、患者における網膜疾患および／または眼疾患を診断する方法が、提供される。患者の網膜は、光のビームを用いて照らされる。網膜によって反射されたビームは、受け取られ、周波数スペクトル信号が、反射ビームを使用して作成される。高速フーリエ変換（ＦＦＴ）が、空間領域信号を作成するために周波数スペクトル信号に適用される。網膜の厚さは、空間領域信号のパワーが下限まで下がる空間領域信号の空間的測定から決定される。もし網膜の決定された厚さが、しきい値よりも大きいならば、その時網膜疾患および／または眼疾患が、存在すると結論される。

患者の網膜の厚さを決定するために反射ビーム内の自己相関信号を使用することによって、患者による動きは、補償される必要がない。様々な網膜疾患の診断はそれにより、より簡単でかつより効率的である。

本発明の実施形態の特徴および利点は、添付の図を参照して好ましい実施形態の次の詳細な記述からより明らかになることになる。

本発明の一実施形態による網膜の厚さが決定される方法の流れ図を示す図である。 本発明の一実施形態による見本の反射信号が示される自己相関信号のパワー対空間次元の例示的なプロットを示す図である。 自己相関信号のパワーが対数的に表される図２ａのプロットを示す図である。 本発明の一実施形態による網膜の厚さがＯＣＴシステムを使用して決定される方法の流れ図を示す図である。 網膜を横断する位置および眼内の深さの関数として自己相関信号の強度の例示的な写真を示す図である。

添付の図において、類似の特徴が、同様のラベルを有することに留意する。

患者の網膜によって反射される光のビーム内の自己相関信号は、伝送されるビームの異なる反射によって作成され、伝送されるビームは、網膜の異なる層に反射し、互いに干渉する。網膜における主要な散乱体は、神経線維層（ＮＦＬ）および内節／外節（ＩＳ／ＯＳ）と網膜色素上皮（ＲＰＥ）との間の層である。混合は、すべての層の間で起こるけれども、主要な信号は、これらの２つの領域に反射される光の間の干渉によって作成される。各構成要素からの反射は、自己相関のために同じ時間に同じビーム内でエンコードされるので、患者による動きは、問題ではない。これは、画像処理を簡単にする。

図１を参照すると、本発明の一実施形態による網膜の厚さを決定する方法の流れ図が、示される。ステップ１０において、光のビームが、患者の網膜に向かって伝送される。ステップ１２において、患者の網膜からの反射ビームが、分光計において受け取られる。患者の網膜からの反射ビームを受け取るステップ１２は、積分時間にわたって実行される。

分光計は、ステップ１２において受け取られたビームから周波数スペクトル信号を発生させる。分光計によって発生する周波数スペクトルは、受け取られたビーム内の分散信号に起因して多数の周波数を含有し、それらは順に、網膜の深さ全体にわたる特徴による分散散乱に起因している。ステップ１４において、プロセッサが、周波数スペクトル信号に高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を適用し、空間領域信号を発生させる。

ステップ１６において、プロセッサが、空間領域信号のパワーが信号のパワーの下限まで下がる空間座標を決定する。見本のプロットが、これをより良く例示するために図２ａおよび図２ｂに示される。各図では、ステップ１４において作成された空間領域信号の空間座標（プロットの横軸）は、網膜に対する距離を表す単位に変換されている。縦軸は、空間領域信号のパワーを示す。図から分かるように、空間領域信号は、網膜によって反射される信号の自己相関に起因して、０．００ｍｍから約０．３５ｍｍの間でかなりのパワーを有する。約０．３５ｍｍよりも大きい距離においては、空間領域信号内にほんの少しのパワーしかない。約０．３５ｍｍを越えての低パワーは、信号のパワーの下限と見なすことができる。図２ａでは、プロットの縦軸は、空間領域信号のパワーを示す。図２ｂは、縦軸が空間領域信号のパワーの対数を表す同じプロットを例示する。信号のパワーのこの表現では、下限までの低下は、パワーの対数に最も急な低下がある距離において起こるとより明瞭に分かる。

空間領域信号のパワーが信号の下限まで下がる空間座標は、エッジ検出技法、またはしきい値検出などだが、しかしそれに限定されない他の信号処理技法を使用して決定されてもよい。

パワーの急な低下は、網膜から反射される信号内にかなりの自己相関があることが終了する深さについて起こる。上で説明されたように、これは、ＮＦＬから反射された信号とＩＳ／ＯＳとＲＰＥとの間の層から反射された信号との間に干渉がないときに起こる。いったんプロセッサが、この急な低下が起こる空間座標を決定すると、次いでステップ１８において、ＮＦＬと、ＩＳ／ＯＳとＲＰＥとの間の層との間の距離が、決定されてもよく、また、網膜の厚さが、推定されてもよい。

いくつかの異なるシステムのいずれかが、図１を参照して上で述べられた方法を実行するために使用されてもよい。干渉は、同じビーム内の異なる反射間であるので、干渉パターンは、別個のビームとの干渉を必要としない。一実施形態では、光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）システムが、網膜の厚さを測定するために使用される。ＯＣＴシステムでは、ＯＣＴ信号は、参照ビームと反射ビームとの間の干渉によって作成され、反射ビームは、患者の網膜による物体ビームの反射である。自己相関信号は、干渉計に達する反射ビーム内に存在する。自己相関信号は通常、ノイズと考えられ、また、ＯＣＴシステムは普通、参照ビームパワーの適切な選択によりＯＣＴ信号に対して自己相関信号を抑制するように設計される。これは、ＯＣＴ信号が、参照ビームパワーおよび物体ビームパワーの関数であり、一方自己相関信号が、物体ビームパワーだけの関数であるので、可能である。しかしながら、本発明のこの実施形態によると、物体ビーム内の自己相関信号の測定が、望まれ、また、自己相関信号を抑制する必要がなく、または抑制することを望むことさえない。

図３を参照すると、本発明の一実施形態によるＯＣＴシステムを使用して網膜の厚さを決定する方法の流れ図が、示される。ステップ３０において、ＯＣＴ信号の可能性が、排除され、その結果ＯＣＴシステムの分光器に達する信号だけが、反射物体アームビームであることになる。ＯＣＴ信号は、参照経路を、最大または最小の長さにおけるなどの、極端な位置に設定することによって最も容易に排除され、参照ビームと物体経路内の反射ビームとの間に干渉をもたらさない。しかしながら、参照アームパワーを減衰させるなどによる、ＯＣＴ信号を排除する他の手段が、使用されてもよい。

ステップ３２において、光のビームが、ＯＣＴシステムの物体アームに沿って患者の網膜に向かって伝送される。ステップ３４において、患者の網膜からの反射ビームが、分光計において受け取られる。普通、このビームは、参照アーム内の信号と物体アーム内の信号との間の干渉から生じるということになり、後者は、患者の網膜から反射される。しかしながら、ＯＣＴ信号は、参照経路を極端な位置に延長するなどによって、ステップ３２において排除されているので、分光計によって受け取られる唯一のビームは、物体アーム内の反射ビームであり、また、自己相関信号は、単なるノイズ以上のもののように見える。

分光計は、ステップ３４において受け取られたビームから周波数スペクトル信号を発生させる。分光計によって発生した周波数スペクトルは、受け取られたビーム内の分散信号に起因して多数の周波数を含有し、それは順に、網膜の深さ全体にわたる特徴による分散散乱に起因している。ステップ３６において、プロセッサが、周波数スペクトル信号に高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を適用し、空間領域信号を発生させる。ステップ３８において、プロセッサが、空間領域信号のパワーが信号のパワーの下限まで下がる空間領域信号の空間座標を位置付ける。上で説明されたように、鋭いエッジが、ＮＦＬから反射される信号とＩＳ／ＯＳとＲＰＥとの間の層から反射される信号との間の干渉法のために生じる。いったんこの空間座標が、位置付けられると、次いでステップ４０において、ＮＦＬと、ＩＳ／ＯＳとＲＰＥとの間の層との間の距離が、決定されてもよく、網膜の厚さが、推定されてもよい。

別の実施形態では、走査レーザ検眼鏡検査（ＳＬＯ）システムが、網膜の厚さを測定するために使用される。ＳＬＯシステムにおいて普通見られるアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）または光電子増倍管（ＰＭＴ）は、患者の網膜から反射されるビームの周波数スペクトルを作成するために分光計と置き換えられる。別法として、ＡＰＤまたはＰＭＴは、ＳＬＯ機能がなお使用可能であるために、適所に保持されてもよいが、しかし戻されるビームの一部は、分けられ、反射ビームの周波数スペクトルを作成するために分光計に送られる。ＯＣＴシステムとは異なり、分光計によって受け取られるビームに寄与する参照ビームはなく、そのような実施形態で使用される分光計は、ＯＣＴシステムにおいて使用されるそれよりもより敏感である必要がある。しかしながら、このより大きい感度は、より長い積分時間およびＯＣＴシステムにおいて使用されるはるかにより安価な電荷結合デバイス（ＣＣＤ）または相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）アレイを用いて達成することができる。患者の網膜から反射ビームを受け取るステップは、このより長い積分時間にわたって実行される。プロセッサは次いで、上で述べられたように、反射ビームから網膜の厚さを決定する。

なお別の実施形態では、固定点測定システムが、網膜の厚さを測定するために使用される。自己相関信号の明瞭な検出に必要とされる分光計の高感度要件は、固定点から戻される光を分析するために、低コストビデオＣＣＤなどの、分光計における２Ｄカメラを使用して達成されてもよい。

なお別の実施形態では、網膜厚は、ライン走査システムを使用して決定される。２Ｄカメラは、分光計において用いられる。ビームは、眼に向かって伝送され、次いで光学部品は、伝送されるビームが、網膜を横断するラインに沿って網膜に当たるように、伝送されるビームを塗り付ける。信号は、網膜上の多数の固定点から同時に反射される。複数の周波数スペクトルが、作成され、各周波数スペクトルは、網膜を横断するラインから１つの点に対応する。ＦＦＴは、各周波数スペクトルに適用され、それによって複数の空間領域信号（ＳＤＳ）を作成する。複数の空間的測定結果が、決定され、各空間的測定結果は、ＳＤＳの対応する１つのパワーがＳＤＳの下限パワーへと下がるところでのそれである。そのような空間的測定結果は、エッジ検出技法、またはしきい値検出などだが、しかしそれに限定されない他の信号処理技法を使用して決定されてもよい。要するに、図１を参照して上で述べられた方法は、ライン走査システムによって撮像される各点について一度、プロセッサによって並列に実行される。

別法として、複数の空間領域信号は、二次元画像を生成するために使用されてもよく、その例は、図４に示される。

図４では、網膜を横断する所与の位置についての空間領域信号のパワーは、プロットの強度によって示され、図の明るさは、強度を示している。横軸は、網膜のラインに沿った位置を示す。縦軸は、網膜内の深さを示し、一般に図２ａおよび図２ｂに示される横軸と一致する。エッジ検出技法、またはしきい値検出などだが、しかしそれに限定されない他の信号処理技法は、図２ａおよび図２ｂに示される信号次元信号（ｓｉｇｎａｌ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ ｓｉｇｎａｌ）でのように、信号が急に下がる距離を位置付けるために使用されてもよいが、しかしエッジは、明瞭域と暗領域との間のエッジのように図４に示される二次元画像においてさらにより明らかである。厚さ尺度が次いで、ＳＤＳにおいてかなりのパワーがある点、例えば図４に示されるデータセットの上部エッジについて位置付けられたエッジと固定エッジとの間の距離として画像内の複数の点の各々について決定されてもよい。

いずれにしても、「網膜の厚さ」は、複数の厚さ尺度を含むことができ、網膜を横断して沿う各点について１つあり、複数の厚さ尺度は、これらの点のサブセットについてだけ決定され、厚さ尺度は、これらの点の１つだけについて決定され、または集合尺度は、これらの尺度の統計（例えば、それらの平均）に基づく。

厚さマップがまた、網膜を横断する多数のラインにわたる網膜の厚さを決定することによって生成されてもよい。

上で述べられた実施形態では、網膜の厚さは、分光計を使用して自己相関信号から導かれる。別法として、正規の干渉法および可変経路不均衡が、網膜の厚さを直接測定するために使用されてもよい。なお別の代替案として、波長可変レーザおよびフーリエ領域が、使用されてもよい。

網膜の厚さを決定するための上で述べられた方法は、様々な網膜および眼の疾患のスクリーニングおよび診断のための方法に使用されてもよい。そのような疾患は、糖尿病性網膜症、糖尿病性黄斑浮腫、加齢性黄斑変性症（ＡＭＤ）、類嚢胞黄斑浮腫、中心性漿液性網膜症、網膜中心静脈閉塞症、網膜中心動脈閉塞症、および緑内障を含む。網膜厚は、より進行した段階において上記の疾患に起因する網膜の特定の内層または外層の細胞の死に起因してそのような疾患において劇的に増加する。それに応じて、本発明の一実施形態では、網膜の厚さを決定するための上で述べられた方法は、そのような疾患をスクリーニングしかつ／または診断するための方法における予備段階である。

上で述べられた方法のロジックは、コンピュータプロセッサによって実行可能な形で非一時的コンピュータ可読記憶媒体上に記憶される命令として記憶されてもよいが、ＯＣＴシステムが本方法を実行するために使用される実施形態では、ＯＣＴ信号の排除は、代わりに手動で実行されてもよい。上で述べられた方法のロジックはまた、プロセッサによって読み出され、実行されるとき、それらが、プロセッサに本方法を実行させるように、プロセッサによってアクセス可能なメモリ内に命令として記憶されてもよい。プロセッサは、汎用プロセッサ、ネットワークプロセッサ、デジタルシグナルプロセッサ、ＡＳＩＣ、または多数のそのようなデバイスによって実施されてもよい。

提示される実施形態は、例示だけであり、当業者は、上で述べられた実施形態への変形が、本発明の趣旨から逸脱することなくなされてもよいということを認識するということになる。本発明の範囲は、もっぱら添付の請求項によって規定される。

Claims (14)

1. 網膜の厚さを決定する方法であって、
   光のラインを用いて前記網膜を照らすステップと、
   反射光のラインを受け取るステップであって、反射光の前記ラインは、前記網膜から反射されたものである、ステップと、
   反射光の前記ラインから複数の周波数スペクトルを作成するステップであって、反射光の前記ライン内の複数の点の各々について１つの周波数スペクトルがあり、反射光の前記ライン内の前記複数の点の各々は、前記網膜における複数の点の１つに対応する、ステップと、
   複数の空間領域信号（ＳＤＳ）を作成するために前記複数の周波数スペクトルの各々に高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を適用するステップであって、前記複数のＳＤＳの各々は、前記複数の周波数スペクトルの１つに対応する、ステップと、
   前記ＳＤＳのパワーが下限パワーまで下がる前記ＳＤＳの空間座標から前記網膜の厚さを決定するステップとを含み、
   前記網膜の厚さを決定するステップは、
   （ｉ）前記ＳＤＳのパワーが前記下限パワーまで下がる前記ＳＤＳの前記空間座標から神経線維層（ＮＦＬ）と、内節／外節（ＩＳ／ＯＳ）と網膜色素上皮（ＲＰＥ）との間の層との間の距離を決定するステップと、
   ＮＦＬと、ＩＳ／ＯＳとＲＰＥとの間の層との間の前記決定された距離から前記網膜の厚さを推定するステップと、によって、または
   （ｉｉ）画像を生成するステップであって、前記画像内の点の各々は、前記複数のＳＤＳの対応する１つの強度を表す、ステップと、
   信号処理を使用して前記画像内の強度の高い領域と強度の低い領域との間のエッジを位置付けるステップと、
   前記画像の前記位置付けられたエッジと固定エッジとの間の距離に基づいて前記網膜の厚さを決定するステップとによって、網膜の厚さを決定する、
   網膜の厚さを決定する方法。
2. 光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）システムの参照アーム内の信号と前記ＯＣＴシステムの物体アーム内の信号との間の干渉の可能性を排除するステップをさらに含み、また、前記網膜を照らすために使用される前記光のラインは、前記ＯＣＴシステムの物体アーム内の前記信号である、請求項１に記載の方法。
3. 前記網膜を照らすために使用される前記光のラインは、走査レーザ検眼鏡検査（ＳＬＯ）システムにおける伝送されるラインである、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記網膜の厚さを決定するステップは、前記網膜を横断する前記複数の点の各々における前記網膜の厚さを決定するステップを含み、前記複数の点の各々における前記網膜の厚さは、前記網膜における前記点に対応する前記ＳＤＳのパワーが前記ＳＤＳの下限パワーまで下がる前記空間座標から決定される、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記網膜内の点に対応する前記ＳＤＳのパワーが前記下限パワーまで下がる前記空間座標は、前記ＳＤＳのプロットにおけるエッジ検出を用いて決定される、請求項４に記載の方法。
6. 前記画像内に前記エッジを位置付けるステップは、前記画像についてエッジ検出を使用するステップを含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記画像内に前記エッジを位置付けるステップは、前記画像のしきい値検出を使用するステップを含む、請求項１に記載の方法。
8. 患者における網膜疾患および／または眼疾患をスクリーニングするためのシステムであって、
   光のラインを用いて前記患者の網膜を照らすビーム源と、
   反射光のラインを受け取り、反射光の前記ラインから複数の周波数スペクトルを作成する分光計であって、反射光の前記ラインが前記網膜から反射されたものであり、反射光の前記ライン内の複数の点の各々について１つの周波数スペクトルがあり、反射光の前記ライン内の前記複数の点の各々は、前記網膜における複数の点の１つに対応する、分光計と、
   プロセッサであって、
   複数の空間領域信号（ＳＤＳ）を作成するために前記複数の周波数スペクトルの各々に高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を適用することであって、前記複数のＳＤＳの各々が前記複数の周波数スペクトルの１つに対応する、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を適用することと、
   前記ＳＤＳのパワーが下限パワーまで下がる前記ＳＤＳの空間座標から前記網膜の厚さを決定することと、
   決定された前記網膜の厚さを、以前に決定された前記網膜の厚さと比較することと、
   もし前記網膜の前記決定された厚さが、前記以前に決定された前記網膜の厚さよりも大きいならば、網膜疾患および／または眼疾患の可能性があると結論することと、を行うように構成されたプロセッサと、を含み、
   前記網膜の厚さは、
   （ｉ）前記ＳＤＳのパワーが下限パワーまで下がる前記ＳＤＳの前記空間座標から神経線維層（ＮＦＬ）と、内節／外節（ＩＳ／ＯＳ）と網膜色素上皮（ＲＰＥ）との間の層との間の距離を決定することと、
   ＮＦＬと、ＩＳ／ＯＳとＲＰＥとの間の層との間の前記決定された距離から前記網膜の厚さを推定することと、によって、または
   （ｉｉ）画像を生成することであって、前記画像内の点の各々が、前記複数のＳＤＳの対応する１つの強度を表す、画像を生成することと、
   前記画像内の、強度の高い領域と強度の低い領域との間のエッジを位置付けることと、
   前記画像の前記位置付けられたエッジと固定エッジとの間の距離に基づいて前記網膜の厚さを決定することと、によって決定される、
   網膜疾患および／または眼疾患をスクリーニングするためのシステム。
9. 前記プロセッサがさらに、光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）システムの参照アーム内の信号と前記ＯＣＴシステムの物体アーム内の信号との間の干渉の可能性を排除するように構成され、前記網膜を照らすために使用される光の前記ラインは、前記ＯＣＴシステムの物体アーム内の前記信号である、請求項８に記載のシステム。
10. 前記ＳＤＳのパワーが下限パワーまで下がる前記空間座標は、前記ＳＤＳのパワーの対数において最も急な低下がある空間座標として決定される、請求項８または９に記載のシステム。
11. 前記網膜を照らすために使用される光の前記ラインは、走査レーザ検眼鏡検査（ＳＬＯ）システムにおける伝送される光のラインである、請求項８から１０のいずれか一項に記載のシステム。
12. 前記網膜を照らすために使用される光の前記ラインは、固定点測定システムにおける伝送される光のラインである、請求項８から１１のいずれか一項に記載のシステム。
13. 前記プロセッサが、前記網膜における前記点に対応する前記ＳＤＳのパワーが前記ＳＤＳの下限パワーまで下がる前記空間座標から前記網膜を横断する前記複数の点の各々における前記網膜の厚さを決定するように構成された、請求項８から１２のいずれか一項に記載のシステム。
14. 前記プロセッサが、前記画像についてエッジ検出を使用することによって、前記画像内の前記エッジを位置付けるように構成された、請求項８に記載のシステム。

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