JP7260426B2 - 光コヒーレンストモグラフィ装置、その制御方法、光計測方法、プログラム、及び記憶媒体 - Google Patents

光コヒーレンストモグラフィ装置、その制御方法、光計測方法、プログラム、及び記憶媒体 Download PDF

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Description

この発明は、光コヒーレンストモグラフィ(Optical Coherence Tomography:OCT)技術に関し、特に、光コヒーレンストモグラフィ装置、その制御方法、光計測方法、プログラム、及び記憶媒体に関する。
OCTは、典型的には、低コヒーレンス光を用いて光散乱性媒体をマイクロメートルレベルの解像度で画像化する技術であり、生物学や医学などの分野で実用化されている。これらの分野において、OCTは、対象の形態や構造の画像化だけでなく、流体の動きの画像化や光学特性の画像化にも応用が進んでおり、その例としてOCT血流計や偏光感受OCTなどがある。
OCT血流計や偏光感受OCTでは、収集されたデータの位相情報が利用される。位相情報に基づく画像は位相画像などと呼ばれる。
特表2009-536740号公報 特開2013-184018号公報 特開2017-101973号公報
OCTスキャンは、ガルバノミラーやMEMSミラー等の光偏向器(光スキャナ)を用いて実現される。典型的な光スキャナは、軸周りに回動する反射ミラーを備えている(図1A、図1Bを参照)。図1Bに示すように、反射ミラーの回動軸から外れた位置にて入射光が反射される場合、反射ミラーの回転に伴って光の経路の長さが変化し、位相情報にも変化が生じる。その結果、例えばOCT血流計では、血流速度の基準点(ゼロ点)が変位して測定結果に誤差が生じる。
なお、図1Aに示すように、反射ミラーの回動軸に向かうように入射光を導けば、反射面の固定位置にて入射光が反射されるため、この問題は解消される。しかし、これを達成するには、極めて高精度の光学配置が要求されるだけでなく、環境条件(温度、湿度等)による光学配置のずれへの対処も必要となる。これら事情を考慮すると、反射ミラーの回動軸に向かうように入射光を導く構成を達成することは困難と言える。
また、一般的なOCT装置の光スキャナでは、3次元スキャンを可能とするために、偏向方向が異なる2つの反射ミラーが直列に配置されている。すなわち、後段の反射ミラーには、前段の反射ミラーにより偏向された光が入射する。そのため、後段の反射ミラーに対する光入射位置は、前段の反射ミラーの向きに依存する。したがって、もし前段の反射ミラーの回動軸に向かうように入射光を導くことができたとしても、後段の反射ミラーへの入射位置は一定にならず、結局は上記問題が発生することとなる。
この発明の目的は、光スキャナに起因する位相情報の誤差を解消することにある。
例示的な第1の態様は、光スキャナを介して物体に光コヒーレンストモグラフィ(OCT)スキャンを適用するスキャン部と、前記物体の断面を第1スキャン方向にスキャンする第1スキャンを少なくとも1回実行し、且つ、前記第1スキャン方向とは反対の第2スキャン方向に前記物体の断面をスキャンする第2スキャンを少なくとも1回実行するように、前記スキャン部を制御する制御部と、前記少なくとも1回の第1スキャンにより収集された少なくとも1つの第1収集データに基づいて少なくとも1つの第1位相情報を生成し、且つ、前記少なくとも1回の第2スキャンにより収集された少なくとも1つの第2収集データに基づいて少なくとも1つの第2位相情報を生成する位相情報生成部と、前記少なくとも1つの第1位相情報と前記少なくとも1つの第2位相情報とに基づいて、合成位相情報を生成する位相情報処理部とを含む、光コヒーレンストモグラフィ装置である。
例示的な第2の態様は、第1の態様の光コヒーレンストモグラフィ装置であって、前記制御部は、1回以上の前記第1スキャンと1回以上の前記第2スキャンとを交互に実行するように前記スキャン部を制御する。
例示的な第3の態様は、第2の態様の光コヒーレンストモグラフィ装置であって、前記制御部は、前記第1スキャンと前記第2スキャンとを交互に実行するように前記スキャン部を制御する。
例示的な第4の態様は、第3の態様の光コヒーレンストモグラフィ装置であって、前記制御部は、前記第1スキャンと前記第2スキャンとを単一の断面に交互に適用するように前記スキャン部を制御する。
例示的な第5の態様は、第3又は第4の態様の光コヒーレンストモグラフィ装置であって、前記位相情報処理部は、一の第1スキャンに対応する第1位相情報と、前記一の第1スキャンの直前又は直後に実行された第2スキャンに対応する第2位相情報とに基づいて、合成位相情報を生成する。
例示的な第6の態様は、第1~第4の態様のいずれかの光コヒーレンストモグラフィ装置であって、前記位相情報処理部は、一の第1スキャンに対応する第1位相情報と、前記一の第1スキャンに対する実行タイミングの差が所定閾値以下である第2スキャンに対応する第2位相情報とに基づいて、合成位相情報を生成する。
例示的な第7の態様は、第1~第4の態様のいずれかの光コヒーレンストモグラフィ装置であって、前記位相情報は、前記物体の実質的に周期的な変化を表し、前記位相情報処理部は、前記変化の一の時相において実行された一の第1スキャンに対応する第1位相情報と、前記一の第1スキャンと実質的に同じ時相において実行された第2スキャンに対応する第2位相情報とに基づいて、合成位相情報を生成する。
例示的な第8の態様は、第1~第7の態様のいずれかの光コヒーレンストモグラフィ装置であって、前記位相情報処理部は、第1位相情報と第2位相情報とを平均することにより合成位相情報を生成する。
例示的な第9の態様は、第1~第8の態様のいずれかの光コヒーレンストモグラフィ装置であって、前記光スキャナは、往復的に回動可能な反射ミラーを含み、前記制御部は、前記反射ミラーが実質的に等速で回動している間にデータを収集するように前記スキャン部を制御する。
例示的な第10の態様は、第1~第9の態様のいずれかの光コヒーレンストモグラフィ装置であって、前記位相情報生成部は、位相差の時系列変化を表す位相画像を形成する位相画像形成部を含み、前記位相情報処理部は、前記少なくとも1回の第1スキャンに対応する少なくとも1つの第1位相画像と、前記少なくとも1回の第2スキャンに対応する少なくとも1つの第2位相画像とに基づいて、合成位相情報を生成する。
例示的な第11の態様は、第1~第10の態様のいずれかの光コヒーレンストモグラフィ装置であって、前記制御部は、前記第1スキャン及び前記第2スキャンの双方を繰り返し実行するように前記スキャン部を制御し、前記位相情報生成部は、複数回の第1スキャンにより収集された複数の第1収集データに基づいて複数の第1位相情報を生成し、且つ、複数回の第2スキャンにより収集された複数の第2収集データに基づいて複数の第2位相情報を生成し、前記位相情報処理部は、前記複数の第1位相情報と前記複数の第2位相情報とに基づいて、1以上の第1位相情報と1以上の第2位相情報とを含む位相情報群を複数形成し、形成された複数の位相情報群のそれぞれに基づき合成位相情報を生成する。
例示的な第12の態様は、第11の態様の光コヒーレンストモグラフィ装置であって、前記物体は生体であり、前記複数の位相情報群に基づき前記位相情報処理部により生成された複数の合成位相情報に基づいて、前記生体の血流動態を表す血流情報を生成する血流情報生成部を更に含む。
例示的な第13の態様は、光スキャナを介して物体に光コヒーレンストモグラフィ(OCT)スキャンを適用するスキャン部と、プロセッサとを含む光コヒーレンストモグラフィ装置を制御する方法であって、前記スキャン部に、前記物体の断面を第1スキャン方向にスキャンする第1スキャンを少なくとも1回実行させ、前記スキャン部に、前記第1スキャン方向とは反対の第2スキャン方向に前記物体の断面をスキャンする第2スキャンを少なくとも1回実行させ、前記プロセッサに、前記少なくとも1回の第1スキャンにより収集された少なくとも1つの第1収集データに基づいて少なくとも1つの第1位相情報を生成させ、前記プロセッサに、前記少なくとも1回の第2スキャンにより収集された少なくとも1つの第2収集データに基づいて少なくとも1つの第2位相情報を生成させ、前記プロセッサに、前記少なくとも1つの第1位相情報と前記少なくとも1つの第2位相情報とに基づいて、合成位相情報を生成させる。
例示的な第14の態様は、第13の態様の制御方法をコンピュータに実行させるプログラムである。
例示的な第15の態様は、光スキャナを介して物体に光コヒーレンストモグラフィ(OCT)スキャンを適用することによりデータを取得する光計測方法であって、前記物体の断面を第1スキャン方向にスキャンする第1スキャンを少なくとも1回実行し、前記第1スキャン方向とは反対の第2スキャン方向に前記物体の断面をスキャンする第2スキャンを少なくとも1回実行し、前記少なくとも1回の第1スキャンにより収集された少なくとも1つの第1収集データに基づいて少なくとも1つの第1位相情報を生成し、前記少なくとも1回の第2スキャンにより収集された少なくとも1つの第2収集データに基づいて少なくとも1つの第2位相情報を生成し、前記少なくとも1つの第1位相情報と前記少なくとも1つの第2位相情報とに基づいて、合成位相情報を生成する。
例示的な第16の態様は、第15の態様の光計測方法を光コヒーレンストモグラフィ装置に実行させるプログラムである。
例示的な第17の態様は、第14又は第16の態様のプログラムが記録されたコンピュータ可読な非一時的記録媒体である。
実施形態によれば、光スキャナに起因する位相情報の誤差を解消することが可能である。
OCTスキャンのための光スキャナに起因する位相情報の誤差を説明するための概略図である。 OCTスキャンのための光スキャナに起因する位相情報の誤差を説明するための概略図である。 実施形態の例示的な態様の血流計測装置(光コヒーレンストモグラフィ装置)の構成の一例を表す概略図である。 実施形態の例示的な態様の血流計測装置(光コヒーレンストモグラフィ装置)の構成の一例を表す概略図である。 実施形態の例示的な態様の血流計測装置(光コヒーレンストモグラフィ装置)の構成の一例を表す概略図である。 実施形態の例示的な態様の血流計測装置(光コヒーレンストモグラフィ装置)の構成の一例を表す概略図である。 実施形態の例示的な態様の血流計測装置(光コヒーレンストモグラフィ装置)の動作の一例を説明するための概略図である。 実施形態の例示的な態様の血流計測装置(光コヒーレンストモグラフィ装置)の動作の一例を説明するための概略図である。 実施形態の例示的な態様の血流計測装置(光コヒーレンストモグラフィ装置)の動作の一例を説明するための概略図である。 実施形態の例示的な態様の血流計測装置(光コヒーレンストモグラフィ装置)の動作の一例を説明するための概略図である。 実施形態の例示的な態様の血流計測装置(光コヒーレンストモグラフィ装置)の動作の一例を説明するための概略図である。 実施形態の例示的な態様の血流計測装置(光コヒーレンストモグラフィ装置)の動作の一例を説明するための概略図である。 実施形態の例示的な態様の血流計測装置(光コヒーレンストモグラフィ装置)の動作の一例を説明するための概略図である。 実施形態の例示的な態様の血流計測装置(光コヒーレンストモグラフィ装置)の動作の一例を表すフローチャートである。 実施形態の例示的な態様の血流計測装置(光コヒーレンストモグラフィ装置)の動作の一例を説明するための概略図である。 実施形態の例示的な態様の血流計測装置(光コヒーレンストモグラフィ装置)の動作の一例を説明するための概略図である。 実施形態の例示的な態様の血流計測装置(光コヒーレンストモグラフィ装置)の動作の一例を表すフローチャートである。 実施形態の例示的な態様の血流計測装置(光コヒーレンストモグラフィ装置)の動作の一例を説明するための概略図である。 実施形態の例示的な態様の血流計測装置(光コヒーレンストモグラフィ装置)の動作の一例を説明するための概略図である。 実施形態の例示的な態様の血流計測装置(光コヒーレンストモグラフィ装置)の動作の一例を説明するための概略図である。
実施形態に係る光コヒーレンストモグラフィ(OCT)装置、その制御方法、光計測方法、プログラム、及び記憶媒体について図面を参照しつつ詳細に説明する。光コヒーレンストモグラフィ装置は、OCTを物体に適用してデータを収集し、この収集データから少なくとも位相情報を生成する。更に、収集データから強度情報(振幅情報)を生成可能であってもよい。本明細書で引用された文献の内容や他の公知技術を実施形態に援用することが可能である。
以下の例示的な実施形態では、OCT機能を有する血流計測装置を開示する。この例示的な実施形態では、OCTの方式としてフーリエドメインOCT(例えば、スウェプトソースOCT)が採用され、計測対象の物体として生体眼(眼底)が採用される。しかし、OCTの方式はスウェプトソースOCTには限定されず、例えば、スペクトラルドメインOCT、タイムドメインOCT、偏光感度OCT、位相感度OCT、又は他の方式であってもよい。また、例示的な実施形態の血流計測装置は、OCT装置と眼底カメラとを組み合わせた複合機であるが、眼底血流計測のための装置構成はこれに限定されず、眼底カメラ以外の眼底撮影装置とOCT装置との複合機であってもよい。この眼底撮影装置の例として、走査型レーザー検眼鏡(SLO)、スリットランプ顕微鏡、眼科手術用顕微鏡などがあり、少なくとも眼底観察に使用される。なお、ライブOCT機能により眼底観察が可能な場合には、眼底撮影装置を含まなくてもよい。眼底以外を計測対象とする場合においても類似の構成を適用可能である。
<構成>
図2に示すように、血流計測装置1は、眼底カメラユニット2と、OCTユニット100と、演算制御ユニット200とを含む。眼底カメラユニット2には、被検眼の正面画像を取得するための光学系や機構が設けられている。OCTユニット100には、被検眼にOCTスキャンを適用するための光学系や機構の一部が設けられている。OCTスキャンを適用するための光学系や機構の他の一部は、眼底カメラユニット2に設けられている。演算制御ユニット200は、各種の演算や制御を実行する1以上のプロセッサを含む。これらに加え、被検者の顔を支持するための部材(顎受け、額当て等)や、OCTの対象部位を切り替えるためのレンズユニット(例えば、前眼部OCT用アタッチメント)等の任意の要素やユニットが血流計測装置1に設けられてもよい。
本明細書において「プロセッサ」は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、プログラマブル論理デバイス(例えば、SPLD(Simple Programmable Logic Device)、CPLD(Complex Programmable Logic Device)、FPGA(Field Programmable Gate Array))等の回路を意味する。プロセッサは、例えば、記憶回路や記憶装置に格納されているプログラムを読み出し実行することで、実施形態に係る機能を実現する。
<眼底カメラユニット2>
眼底カメラユニット2には、被検眼Eの眼底Efを撮影するための光学系が設けられている。取得される眼底Efの画像(眼底像、眼底写真等と呼ばれる)は、観察画像、撮影画像等の正面画像である。観察画像は、近赤外光を用いた動画撮影により得られる。撮影画像は、フラッシュ光を用いた静止画像である。
眼底カメラユニット2は、照明光学系10と撮影光学系30とを含む。照明光学系10は被検眼Eに照明光を照射する。撮影光学系30は、被検眼Eからの照明光の戻り光を検出する。OCTユニット100からの測定光は、眼底カメラユニット2内の光路を通じて被検眼Eに導かれ、その戻り光は、同じ光路を通じてOCTユニット100に導かれる。
照明光学系10の観察光源11から出力された光(観察照明光)は、凹面鏡12により反射され、集光レンズ13を経由し、可視カットフィルタ14を透過して近赤外光となる。更に、観察照明光は、撮影光源15の近傍にて一旦集束し、ミラー16により反射され、リレーレンズ系17、リレーレンズ18、絞り19、及びリレーレンズ系20を経由する。そして、観察照明光は、孔開きミラー21の周辺部(孔部の周囲の領域)にて反射され、ダイクロイックミラー46を透過し、対物レンズ22により屈折されて被検眼E(眼底Ef)を照明する。観察照明光の被検眼Eからの戻り光は、対物レンズ22により屈折され、ダイクロイックミラー46を透過し、孔開きミラー21の中心領域に形成された孔部を通過し、ダイクロイックミラー55を透過し、撮影合焦レンズ31を経由し、ミラー32により反射される。更に、この戻り光は、ハーフミラー33Aを透過し、ダイクロイックミラー33により反射され、集光レンズ34によりイメージセンサ35の受光面に結像される。イメージセンサ35は、所定のフレームレートで戻り光を検出する。なお、撮影光学系30のフォーカスは、眼底Ef又は前眼部に合致するように調整される。
撮影光源15から出力された光(撮影照明光)は、観察照明光と同様の経路を通って眼底Efに照射される。被検眼Eからの撮影照明光の戻り光は、観察照明光の戻り光と同じ経路を通ってダイクロイックミラー33まで導かれ、ダイクロイックミラー33を透過し、ミラー36により反射され、集光レンズ37によりイメージセンサ38の受光面に結像される。
液晶ディスプレイ(LCD)39は固視標(固視標画像)を表示する。LCD39から出力された光束は、その一部がハーフミラー33Aに反射され、ミラー32に反射され、撮影合焦レンズ31及びダイクロイックミラー55を経由し、孔開きミラー21の孔部を通過する。孔開きミラー21の孔部を通過した光束は、ダイクロイックミラー46を透過し、対物レンズ22により屈折されて眼底Efに投射される。
LCD39の画面上における固視標画像の表示位置を変更することにより、固視標による被検眼Eの固視位置を変更できる。固視位置の例として、黄斑部を中心とする画像を取得するための固視位置や、視神経乳頭を中心とする画像を取得するための固視位置や、黄斑部と視神経乳頭との間の眼底中心を中心とする画像を取得するための固視位置や、黄斑から大きく離れた部位(眼底周辺部)の画像を取得するための固視位置などがある。このような典型的な固視位置の少なくとも1つを指定するためのグラフィカルユーザーインターフェース(GUI)等を設けることができる。また、固視位置(固視標の表示位置)をマニュアルで移動するためのGUI等を設けることができる。
固視位置を変更可能な固視標を被検眼Eに提示するための構成はLCD等の表示デバイスには限定されない。例えば、複数の発光部(発光ダイオード等)がマトリクス状(アレイ状)に配列された固視マトリクスを表示デバイスの代わりに採用することができる。この場合、複数の発光部を選択的に点灯させることにより、固視標による被検眼Eの固視位置を変更することができる。他の例として、移動可能な1以上の発光部によって、固視位置を変更可能な固視標を生成することができる。
アライメント光学系50は、被検眼Eに対する光学系のアライメントに用いられるアライメント指標を生成する。発光ダイオード(LED)51から出力されたアライメント光は、絞り52、絞り53、及びリレーレンズ54を経由し、ダイクロイックミラー55により反射され、孔開きミラー21の孔部を通過し、ダイクロイックミラー46を透過し、対物レンズ22を介して被検眼Eに投射される。アライメント光の被検眼Eからの戻り光(角膜反射光等)は、観察照明光の戻り光と同じ経路を通ってイメージセンサ35に導かれる。その受光像(アライメント指標像)に基づいてマニュアルアライメントやオートアライメントを実行できる。
従来と同様に、本例のアライメント指標像は、アライメント状態により位置が変化する2つの輝点像からなる。被検眼Eと光学系との相対位置がxy方向に変化すると、2つの輝点像が一体的にxy方向に変位する。被検眼Eと光学系との相対位置がz方向に変化すると、2つの輝点像の間の相対位置(距離)が変化する。z方向における被検眼Eと光学系との間の距離が既定のワーキングディスタンスに一致すると、2つの輝点像が重なり合う。xy方向において被検眼Eの位置と光学系の位置とが一致すると、所定のアライメントターゲット内又はその近傍に2つの輝点像が提示される。z方向における被検眼Eと光学系との間の距離がワーキングディスタンスに一致し、且つ、xy方向における被検眼Eの位置と光学系の位置とが一致すると、2つの輝点像が重なり合ってアライメントターゲット内に提示される。
オートアライメントでは、データ処理部230が、2つの輝点像の位置を検出し、主制御部211が、2つの輝点像とアライメントターゲットとの位置関係に基づいて後述の移動機構150を制御する。マニュアルアライメントでは、主制御部211が、被検眼Eの観察画像とともに2つの輝点像を表示部241に表示させ、ユーザーが、表示された2つの輝点像を参照しながら操作部242を用いて移動機構150を動作させる。
フォーカス光学系60は、被検眼Eに対するフォーカス調整に用いられるスプリット指標を生成する。撮影光学系30の光路(撮影光路)に沿った撮影合焦レンズ31の移動に連動して、フォーカス光学系60は照明光学系10の光路(照明光路)に沿って移動される。反射棒67は、照明光路に対して挿脱される。フォーカス調整を行う際には、反射棒67の反射面が照明光路に傾斜配置される。LED61から出力されたフォーカス光は、リレーレンズ62を通過し、スプリット指標板63により2つの光束に分離され、二孔絞り64を通過し、ミラー65により反射され、集光レンズ66により反射棒67の反射面に一旦結像されて反射される。更に、フォーカス光は、リレーレンズ20を経由し、孔開きミラー21に反射され、ダイクロイックミラー46を透過し、対物レンズ22を介して被検眼Eに投射される。フォーカス光の被検眼Eからの戻り光(眼底反射光等)は、アライメント光の戻り光と同じ経路を通ってイメージセンサ35に導かれる。その受光像(スプリット指標像)に基づいてマニュアルフォーカシングやオートフォーカシングを実行できる。
孔開きミラー21とダイクロイックミラー55との間の撮影光路に、視度補正レンズ70及び71を選択的に挿入することができる。視度補正レンズ70は、強度遠視を補正するためのプラスレンズ(凸レンズ)である。視度補正レンズ71は、強度近視を補正するためのマイナスレンズ(凹レンズ)である。
ダイクロイックミラー46は、眼底撮影用光路とOCT用光路(測定アーム)とを合成する。ダイクロイックミラー46は、OCTに用いられる波長帯の光を反射し、眼底撮影用の光を透過させる。測定アームには、OCTユニット100側から順に、コリメータレンズユニット40、リトロリフレクタ41、分散補償部材42、OCT合焦レンズ43、光スキャナ44、及びリレーレンズ45が設けられている。
リトロリフレクタ41は、図2に示す矢印の方向に移動可能とされ、それにより測定アームの長さが変更される。測定アームの光路長の変更は、例えば、眼軸長に応じた光路長補正や、干渉状態の調整などに利用される。
分散補償部材42は、参照アームに配置された分散補償部材113(後述)とともに、測定光LSの分散特性と参照光LRの分散特性とを合わせるよう作用する。
OCT合焦レンズ43は、測定アームのフォーカス調整を行うために測定アームに沿って移動される。撮影合焦レンズ31の移動、フォーカス光学系60の移動、及びOCT合焦レンズ43の移動を連係的に制御することができる。
光スキャナ44は、実質的に、被検眼Eの瞳孔と光学的に共役な位置に配置される。光スキャナ44は、測定アームにより導かれる測定光LSを偏向する。光スキャナ44は、例えば、2次元走査が可能なガルバノスキャナであり、典型的には、x方向に測定光LSを偏向するx-スキャナ(x-ガルバノミラー)と、y方向に測定光LSを偏向するyスキャナ(y-ガルバノミラー)とを含む。
なお、光スキャナ44はこのようなガルバノスキャナには限定されず、他の種類の光偏向器であってよい。前述したように、光スキャナ44は、軸周りに回動する反射ミラーを備える。反射ミラーの回動軸から外れた位置にて測定光LSが反射される場合(図1Bを参照)、位相情報に変化が生じ、血流速度の基準点(ゼロ点)が変位して測定誤差を引き起こす。
また、x-スキャナとyスキャナとが設けられた光スキャナ44のように、偏向方向が異なる2つの反射ミラーが直列に配置された光スキャナ44が用いられる場合、少なくとも後段の反射ミラーが測定誤差の要因となる。詳細は後述するが、本実施形態は、光スキャナ44に起因する位相情報の誤差を解消し、血流動態の測定誤差を解消する技術を開示するものである。
<OCTユニット100>
図3に例示するように、OCTユニット100には、スウェプトソースOCTを実行するための光学系が設けられている。この光学系は干渉光学系を含む。この干渉光学系は、波長可変光源(波長掃引型光源)からの光を測定光と参照光とに分割し、被検眼Eからの測定光の戻り光と参照光路を経由した参照光とを干渉させて干渉光を生成し、この干渉光を検出する。干渉光学系により得られた検出結果(検出信号)は、干渉光のスペクトルを表す信号であり、演算制御ユニット200に送られる。
光源ユニット101は、例えば、出射光の波長を高速で変化させる近赤外波長可変レーザーを含む。光源ユニット101から出力された光L0は、光ファイバ102により偏波コントローラ103に導かれてその偏光状態が調整される。更に、光L0は、光ファイバ104によりファイバカプラ105に導かれて測定光LSと参照光LRとに分割される。測定光LSの光路は測定アームなどと呼ばれ、参照光LRの光路は参照アームなどと呼ばれる。
参照光LRは、光ファイバ110によりコリメータ111に導かれて平行光束に変換され、光路長補正部材112及び分散補償部材113を経由し、リトロリフレクタ114に導かれる。光路長補正部材112は、参照光LRの光路長と測定光LSの光路長とを合わせるよう作用する。分散補償部材113は、測定アームに配置された分散補償部材42とともに、参照光LRと測定光LSとの間の分散特性を合わせるよう作用する。リトロリフレクタ114は、これに入射する参照光LRの光路に沿って移動可能であり、それにより参照アームの長さが変更される。参照アームの光路長の変更は、例えば、眼軸長に応じた光路長補正や、干渉状態の調整などに利用される。
リトロリフレクタ114を経由した参照光LRは、分散補償部材113及び光路長補正部材112を経由し、コリメータ116によって平行光束から集束光束に変換され、光ファイバ117に入射する。光ファイバ117に入射した参照光LRは、偏波コントローラ118に導かれてその偏光状態が調整され、光ファイバ119を通じてアッテネータ120に導かれてその光量が調整され、光ファイバ121を通じてファイバカプラ122に導かれる。
一方、ファイバカプラ105により生成された測定光LSは、光ファイバ127により導かれてコリメータレンズユニット40により平行光束に変換され、リトロリフレクタ41、分散補償部材42、OCT合焦レンズ43、光スキャナ44及びリレーレンズ45を経由し、ダイクロイックミラー46により反射され、対物レンズ22により屈折されて被検眼Eに投射される。測定光LSは、被検眼Eの様々な深さ位置において散乱・反射される。測定光LSの被検眼Eからの戻り光は、往路と同じ経路を逆向きに進行してファイバカプラ105に導かれ、光ファイバ128を経由してファイバカプラ122に到達する。
ファイバカプラ122は、光ファイバ128を介して入射された測定光LSと、光ファイバ121を介して入射された参照光LRとを重ね合わせて干渉光を生成する。ファイバカプラ122は、生成された干渉光を所定の分岐比(例えば1:1)で分岐することで一対の干渉光LCを生成する。一対の干渉光LCは、それぞれ光ファイバ123及び124を通じて検出器125に導かれる。
検出器125は、例えばバランスドフォトダイオードを含む。バランスドフォトダイオードは、一対の干渉光LCをそれぞれ検出する一対のフォトディテクタを有し、これらにより得られた一対の検出結果の差分を出力する。検出器125は、この出力(検出信号)をデータ収集システム(DAQ)130に送る。
データ収集システム130には、光源ユニット101からクロックKCが供給される。クロックKCは、光源ユニット101において、波長可変光源により所定の波長範囲内で掃引される各波長の出力タイミングに同期して生成される。光源ユニット101は、例えば、各出力波長の光L0を分岐して2つの分岐光を生成し、これら分岐光の一方を光学的に遅延させ、これら分岐光を合成し、得られた合成光を検出し、その検出結果に基づいてクロックKCを生成する。データ収集システム130は、検出器125から入力される検出信号のサンプリングをクロックKCに基づいて実行する。データ収集システム130は、このサンプリングの結果を演算制御ユニット200に送る。
本例では、測定アームの光路長を変更するための要素(例えば、リトロリフレクタ41)と、参照アームの光路長を変更するための要素(例えば、リトロリフレクタ114、又は参照ミラー)との双方が設けられているが、一方の要素のみが設けられていてもよい。また、測定アームの光路長と参照アームの光路長との間の差(光路長差)を変更するための要素はこれらに限定されず、任意の要素(光学部材、機構など)であってよい。
<処理系>
血流計測装置1の処理系(演算制御系)の構成例を図4及び図5に示す。制御部210、画像形成部220及びデータ処理部230は、演算制御ユニット200に設けられる。
<制御部210>
制御部210は、各種の制御を実行する。制御部210は、主制御部211と記憶部212とを含む。
<主制御部211>
主制御部211は、制御プログラムにしたがって動作可能なプロセッサを含み、血流計測装置1の各部(図2~図5に示された要素を含む)を制御する。
撮影光路に配置された撮影合焦レンズ31と照明光路に配置されたフォーカス光学系60とは、主制御部211の制御の下に、図示しない撮影合焦駆動部によって同期的に移動される。測定アームに設けられたリトロリフレクタ41は、主制御部211の制御の下に、リトロリフレクタ(RR)駆動部41Aによって移動される。測定アームに配置されたOCT合焦レンズ43は、主制御部211の制御の下に、OCT合焦駆動部43Aによって移動される。参照アームに配置されたリトロリフレクタ114は、主制御部211の制御の下に、リトロリフレクタ(RR)駆動部114Aによって移動される。これら駆動部のそれぞれは、主制御部211の制御の下に動作するパルスモータ等のアクチュエータを含む。測定アームに設けられた光スキャナ44は、主制御部211の制御の下に動作する。
移動機構150は、例えば、少なくとも眼底カメラユニット2を3次元的に移動する。典型的な例において、移動機構150は、±x方向(左右方向)に移動可能なxステージと、xステージを移動するx移動機構と、±y方向(上下方向)に移動可能なyステージと、yステージを移動するy移動機構と、±z方向(奥行き方向)に移動可能なzステージと、zステージを移動するz移動機構とを含む。これら移動機構のそれぞれは、主制御部211の制御の下に動作するパルスモータ等のアクチュエータを含む。
主制御部211は、LCD39を制御する。例えば、主制御部211は、LCD39の画面において予め設定された位置に固視標を表示させる。また、主制御部211は、LCD39に表示されている固視標の表示位置(固視位置)を変更することができる。固視標の移動は、連続的移動、断続的移動、離散的移動など、任意の態様で行うことが可能である。本実施形態における固視位置の移動態様については後述する。
固視位置は、例えば、LCD39における固視標画像の表示位置(画素の座標)によって表現される。この座標は、例えば、LCD39の表示画面において予め定義された2次元座標系で表される座標である。固視マトリクスが用いられる場合、固視位置は、例えば、点灯された発光部の位置(座標)によって表現される。この座標は、例えば、複数の発光部の配列面において予め定義された2次元座標系で表される座標である。
<記憶部212>
記憶部212は各種のデータを記憶する。記憶部212に記憶されるデータとしては、OCT画像や眼底像や被検眼情報などがある。被検眼情報は、患者IDや氏名などの被検者情報や、左眼/右眼の識別情報や、電子カルテ情報などを含む。
<画像形成部220>
画像形成部220は、データ収集システム130から入力された信号(サンプリングデータ)に基づいて、眼底EfのOCT画像データを形成する。画像形成部220は、眼底EfのBスキャン画像データ(2次元断層像データ)と、位相画像データとを形成することができる。これらOCT画像データについては後述する。画像形成部220は、例えば、画像形成プログラムにしたがって動作可能なプロセッサを含む。なお、本明細書では、特に言及しない限り、「画像データ」と、それに基づく「画像」とを区別しない。
本実施形態の血流計測では、眼底Efに対して2種類の走査(主走査及び補足走査)が実行される。
主走査では、強度情報(断層像データ)及び位相情報(位相画像データ)を取得するために、眼底Efの注目血管に交差する断面(注目断面)を測定光LSで反復的に走査する。例示的な主走査では、第1スキャン方向に注目断面をスキャンする第1スキャンと、第1スキャン方向とは反対の第2スキャン方向に注目断面をスキャンする第2スキャンとが実行される。以下、本実施形態に適用可能な主走査の態様の幾つかの例を説明する。これらの例のうちの2つ以上を組み合わせてもよい。例示的な主走査は、主制御部211の制御の下に実行される。
主走査の例を図6Aに示す。本例の主走査は、注目血管BVに交差する注目断面CSを第1スキャン方向SD1にスキャンする第1スキャンと、第1スキャン方向SD1とは反対の第2スキャン方向SD2に注目断面CSをスキャンする第2スキャンとを含む。第1スキャンは1回以上実行され、且つ、第2スキャンは1回以上実行される。
本例の主走査は、第1スキャンが適用される断面と第2スキャンが適用される断面とが同一である。なお、眼球運動や体動や拍動などにより実際のスキャン適用位置が変化することがあるが、光学系トラッキングやスキャントラッキングによってスキャン適用位置の変化を打ち消すこと又は小さくすることが可能である。
主走査の他の例を図6Bに示す。本例の主走査は、第1スキャンが適用される断面と第2スキャンが適用される断面とが異なり、注目血管BVに交差する第1注目断面CS1を第1スキャン方向SD1にスキャンする第1スキャンと、第1注目断面CS1と異なる第2注目断面CS2を第1スキャン方向SD1とは反対の第2スキャン方向SD2にスキャンする第2スキャンとを含む。第1スキャンは1回以上実行され、且つ、第2スキャンは1回以上実行される。
第1スキャンが適用される断面が2以上あってもよく、また、第1スキャンが適用される断面が2以上あってもよい。また、第1スキャンが適用される断面の少なくとも1つと、第2スキャンが適用される断面の少なくとも1つとが同じであってもよい。
主走査の典型的な例を図6Cに示す。本例では、第1スキャンと第2スキャンとが交互に実行される。本例の交互的スキャンを単一の断面(例えば、図6Aに示す注目断面CS)に適用することは、この断面を往復的に繰り返しスキャンすることに相当する。
第1スキャンの実行回数と第2スキャンの実行回数とが予め設定されていてもよい。或いは、交互的スキャンの実行時間が予め設定されていてもよい。また、交互的スキャンの開始及び/又は終了をユーザが指示してもよい。或いは、交互的実行スキャンの開始及び/又は終了を自動制御で行ってもよい。この自動制御は、例えば、心電計、ライブOCT、又はライブ血流計測との組み合わせにより実現可能である。
図6Cに例示した主走査は、1回の第1スキャンと1回の第2スキャンとを交互に実行しているが、より一般に、1回以上の第1スキャンと1回以上の第2スキャンとを交互に実行するようにしてもよい。例えば、2回の第1スキャンと2回の第2スキャンとを交互に実行することや、1回の第1スキャンと2回の第2スキャンとを交互に実行することが可能である。また、このような交互的スキャンにおいて、第1スキャンを連続して行う回数は一定でもよいし一定でなくてもよく、及び/又は、第2スキャンを連続して行う回数は一定でもよいし一定でなくてもよい。
複数回の第1スキャンと複数回の第2スキャンとを実行する主走査は、交互的スキャンに限定されない。例えば、複数回の第1スキャンを実行した後に複数回の第2スキャンを実行するようにしてもよい。一般に、複数回の第1スキャンと複数回の第2スキャンとを実行する主走査は、第1スキャン及び第2スキャンの双方を繰り返し実行するもの、すなわち、複数回の第1スキャンと複数回の第2スキャンとを任意の順序で組み合わせたものに相当する。
補足走査では、注目断面における注目血管の傾きを推定するために、所定の断面(補足断面)を測定光LSで走査する。補足断面は、例えば、注目血管に交差し、且つ、注目断面の近傍に位置する断面(第1補足断面)であってよい。或いは、補足断面は、注目断面に交差し、且つ、注目血管に沿う断面(第2補足断面)であってよい。
第1補足断面が適用される場合の例を図7Aに示す。本例では、眼底像Dに示すように、眼底Efの視神経乳頭Daの近傍に位置する1つの注目断面C0と、その近傍に位置する2つの補足断面C1及びC2とが、注目血管Dbに交差するように設定される。2つの補足断面C1及びC2の一方は、注目断面C0に対して注目血管Dbの上流側に位置し、他方は下流側に位置する。注目断面C0及び補足断面C1及びC2は、例えば、注目血管Dbの走行方向に対して略直交するように向き付けられる。
第2補足断面が適用される場合の例を図7Bに示す。本例では、図7Aに示す例と同様の注目断面C0が注目血管Dbに略直交するように設定され、且つ、注目断面C0に略直交するように補足断面Cpが設定される。補足断面Cpは、注目血管Dbに沿って設定される。一例として、補足断面Cpは、注目断面C0の位置において注目血管Dbの中心軸を通過するように設定されてよい。
例示的な血流計測において、主走査は、患者の心臓の少なくとも1心周期を含む期間にわたって繰り返し実行される。それにより、全ての心時相における血流動態を求めることが可能となる。なお、主走査を実行する時間は、予め設定された一定の時間であってもよいし、患者ごとに又は検査ごとに設定された時間であってもよい。前者の場合、標準的な心周期よりも長い時間が設定される(例えば2秒間)。後者の場合、患者の心電図等の生体データを参照することができる。ここで、心周期以外のファクターを考慮することも可能である。このファクターの例としては、検査に掛かる時間(患者への負担)、光スキャナ44の応答時間(走査時間間隔)、検出器125の応答時間(走査時間間隔)などがある。
画像形成部220は、断層像形成部221と、位相画像形成部222とを含む。
<断層像形成部221>
断層像形成部221は、主走査においてデータ収集システム130より得られたサンプリングデータに基づいて、注目断面における形態の時系列変化を表す断層像(主断層像)を形成する。この処理についてより詳しく説明する。主走査は、上記のように注目断面C0を繰り返し走査するものである。断層像形成部221には、この繰り返し走査に応じて、データ収集システム130からサンプリングデータが逐次に入力される。断層像形成部221は、注目断面C0の各走査に対応するサンプリングデータに基づいて、注目断面C0に対応する1枚の主断層像を形成する。断層像形成部221は、この処理を主走査の反復回数だけ繰り返すことで、時系列に沿った一連の主断層像を形成する。ここで、これら主断層像を複数の群に分割し、各群に含まれる主断層像群を重ね合わせて画質の向上を図ってもよい(画像の加算平均処理)。
更に、断層像形成部221は、補足断面に対する補足走査においてデータ収集システム130により得られたサンプリングデータに基づいて、補足断面の形態を表す断層像(補足断層像)を形成する。補足断層像を形成する処理は、主断層像を形成する処理と同じ要領で実行される。ここで、主断層像は時系列に沿う一連の断層像であるが、補足断層像は1枚の断層像であってよい。また、補足断層像は、補足断面を複数回走査して得られた複数の断層像を重ね合わせて画質の向上を図ったものであってもよい(画像の加算平均処理)。
図7Aに例示する補足断面C1及びC2が適用される場合、断層像形成部221は、補足断面C1に対応する補足断層像と、補足断面C2に対応する補足断層像とを形成する。図7Bに例示する補足断面Cpが適用される場合、断層像形成部221は、補足断面Cpに対応する補足断層像を形成する。
以上に例示したような断層像を形成する処理は、従来のフーリエドメインOCTにおける強度情報(振幅情報)の生成と同様に、ノイズ除去(ノイズ低減)、フィルタ処理、高速フーリエ変換(FFT)などを含む。高速フーリエ変換により、データ収集システム130により得られたサンプリングデータ(干渉信号、インターフェログラム)が、Aラインプロファイル(z方向に沿った反射強度プロファイル)に変換される。Aラインプロファイルを画像化することで(つまり、反射強度値に画素値を割り当てることで)、Aスキャン画像が得られる。複数のAスキャン画像をスキャンパターンにしたがって配列することにより、Bスキャン画像やサークルスキャン画像などの2次元断層像が得られる。他の方式のOCT装置の場合、断層像形成部221は、OCTの方式に応じた公知の処理を実行する。
<位相画像形成部222>
位相画像形成部222は、主走査においてデータ収集システム130により得られたサンプリングデータに基づいて、注目断面における位相差の時系列変化を表す位相画像を形成する。位相画像は位相情報の例である。位相画像の形成に用いられるサンプリングデータは、断層像形成部221による主断層像の形成に用いられるサンプリングデータと同じである。よって、主断層像と位相画像との間の位置合わせをすることが可能である。つまり、主断層像の画素と位相画像の画素との間に自然な対応関係を設定することが可能である。
位相画像の形成方法の一例を説明する。この例の位相画像は、隣り合うAライン複素信号(つまり、隣接する走査点に対応する信号)の位相差を算出することにより得られる。換言すると、この例の位相画像は、主断層像の画素値(輝度値)の時系列変化に基づいて形成される。主断層像の任意の画素について、位相画像形成部222は、その画素の輝度値の時系列変化のグラフを作成する。位相画像形成部222は、このグラフにおいて所定の時間間隔Δtだけ離れた2つの時点t1及びt2(t2=t1+Δt)の間における位相差Δφを求める。そして、この位相差Δφを時点t1(より一般に、時点t1と時点t2との間の任意の時点)における位相差Δφ(t1)として定義する。予め設定された多数の時点のそれぞれについてこの処理を実行することにより、当該画素における位相差の時系列変化が得られる。
位相画像は、各画素の各時点における位相差の値を画像として表現したものである。この画像化処理は、例えば、位相差の値を表示色や輝度で表現することで実現できる。このとき、時系列に沿って位相が増加した場合の表示色(例えば赤色)と、減少した場合の表示色(例えば青色)とを変更することができる。また、位相の変化量の大きさを表示色の濃度で表現することもできる。このような表現方法を採用することで、血流の向きや大きさを表示色で明示することが可能となる。以上の処理を各画素について実行することにより位相画像が形成される。
なお、位相差の時系列変化は、上記の時間間隔Δtを十分に小さくして位相の相関を確保することにより得られる。このとき、測定光LSの走査において断層像の分解能に相当する時間未満の値に時間間隔Δtを設定したオーバーサンプリングが実行される。
図6Cの例示とともに前述したように、複数回の第1スキャンと複数回の第2スキャンとを含む主走査が実行された場合、位相画像形成部222は、複数回の第1スキャンにより収集された複数の第1収集データに基づき複数の第1位相情報を生成し、且つ、複数回の第2スキャンにより収集された複数の第2収集データに基づき複数の第2位相情報を生成する。
典型的には、位相画像形成部222は、複数回の第1スキャンによりそれぞれ収集された複数の第1収集データに基づき複数の第1位相情報をそれぞれ生成し、且つ、複数回の第2スキャンによりそれぞれ収集された複数の第2収集データに基づき複数の第2位相情報をそれぞれ生成する。すなわち、位相画像形成部222は、第1スキャンの実行回数と同じ個数の第1収集データから同数の第1位相情報を生成し、且つ、第2スキャンの実行回数と同じ個数の第2収集データから同数の第2位相情報を生成する。一般に、位相画像形成部222は、第1スキャンの実行回数以下の個数の第1位相情報を生成し、且つ、第2スキャンの実行回数以下の個数の第2位相情報を生成するように構成されていてよい。
<データ処理部230>
データ処理部230は、各種のデータ処理を実行する。例えば、データ処理部230は、画像形成部220により形成された画像に対して各種の画像処理や画像解析を施す。更に、データ処理部230は、眼底カメラユニット2により得られた画像(眼底像、前眼部像等)や、外部から入力された画像に対して、各種の画像処理や画像解析を施すことができる。
データ処理部230は、眼底Efの3次元画像データを形成することができる。3次元画像データとは、3次元座標系により画素の位置が定義された画像データを意味する。3次元画像データの例として、スタックデータやボリュームデータがある。スタックデータは、複数の走査線に沿って得られた複数の断層像を、走査線の位置関係に基づいて3次元的に配列させて得られた画像データである。すなわち、スタックデータは、元々個別の2次元座標系により定義されていた複数の断層像を、1つの3次元座標系により表現する(つまり、1つの3次元空間に埋め込む)ことにより得られた画像データである。ボリュームデータは、3次元的に配列されたボクセルを画素とする画像データであり、ボクセルデータとも呼ばれる。ボリュームデータは、スタックデータに補間処理やボクセル化処理などを適用することで形成される。
データ処理部230は、3次元画像データにレンダリングを適用することで、表示用の画像を形成することができる。適用可能なレンダリング法の例として、ボリュームレンダリング、サーフェスレンダリング、最大値投影(MIP)、最小値投影(MinIP)、多断面再構成(MPR)などがある。
データ処理部230は、血流情報を求めるための例示的な要素として、血管領域特定部231と、血流情報生成部232と、断面設定部237とを含む。血流情報生成部232は、傾き推定部233と、血流速度算出部234と、血管径算出部235と、血流量算出部236とを含む。更に、データ処理部230は、位相画像形成部222により形成された位相画像を処理する位相情報処理部250を含む。
<位相情報処理部250>
位相情報処理部250は、位相画像形成部222により形成された2以上の位相画像に基づいて単一の位相画像を生成する。換言すると、位相情報処理部250は、2以上の位相画像を合成する。位相情報処理部250により生成される位相画像を合成位相画像と呼ぶ。合成位相画像は、2以上の位相情報に基づく合成位相情報の例である。
より詳細に説明する。前述したように、本実施形態では、主走査において、眼底Efの注目断面を第1スキャン方向にスキャンする第1スキャンが少なくとも1回実行され、且つ、第1スキャン方向とは反対の第2スキャン方向に注目断面をスキャンする第2スキャンが少なくとも1回実行される。位相画像形成部222は、少なくとも1回の第1スキャンにより収集された少なくとも1つの第1収集データに基づいて少なくとも1つの第1位相画像を生成し、且つ、少なくとも1回の第2スキャンにより収集された少なくとも1つの第2収集データに基づいて少なくとも1つの第2位相画像を形成する。位相情報処理部250は、少なくとも1つの第1位相画像のいずれか1つ以上と、少なくとも1つの第2位相画像のいずれか1つ以上とに基づいて、合成位相画像を生成する。
位相情報処理部250は、例えば、第1位相画像と第2位相画像とを平均することにより合成位相画像を生成する。この平均化演算は、典型的には加算平均であってよく、単純平均及び加重平均のいずれかであってよい。
位相情報処理部250は、前処理を行った後に平均化演算を行うように構成されていてよい。この前処理は、例えば、第1位相画像と第2位相画像との間のレジストレーションを含む。レジストレーションは、画素単位で実行される。つまり、レジストレーションは、第1位相画像の画素と第2位相画像の画素との間の対応関係を決定する処理である。平均化演算(より一般に、画像の合成)は、レジストレーションにより対応付けられた画素同士について行われる。
第1スキャンと第2スキャンとは互いに逆のスキャン方向に対応している。例えば、同じ断面に対して第1スキャンと第2スキャンとを適用する場合、第1スキャンに基づく複数のAスキャン画像データの配列順序と、第2スキャンに基づく複数のAスキャン画像データの配列順序とが互いに逆になる。Aスキャン画像データの並べ替えは、例えば、位相画像形成部222又は位相情報処理部250によって実行される。
前述した交互的スキャン(又は、その例示的態様である往復的スキャン)が適用された場合、連続して実行された第1スキャン及び第2スキャンにそれぞれ対応する第1位相情報及び第2位相情報に基づき合成位相情報を生成することができる。例えば、位相情報処理部250は、複数回の第1スキャンのうちの一の第1スキャンに対応する第1位相画像(当該第1スキャンで得られた収集データに基づく第1位相情報)と、当該第1スキャンの直前又は直後に実行された第2スキャンに対応する第2位相画像とに基づいて、合成位相画像を生成することができる。
より一般に、複数回の第1スキャンと複数回の第2スキャンとを含む主走査が実行された場合、位相情報処理部250は、複数回の第1スキャンのうちの一の第1スキャンに対応する第1位相画像と、当該第1スキャンに対する実行タイミングの差が閾値以下である第2スキャンに対応する第2位相情報とに基づいて、合成位相画像を生成することができる。例えば、スキャンの実行タイミングは、時間及びスキャン順序のいずれかの尺度(次元)により定義される。第1スキャンの実行タイミングと第2スキャンの実行タイミングとの差を判断するための閾値も、これと同じ尺度で予め設定される。
例えば、一の第1スキャンに対し、その実行時間から所定時間以下の時間差で実行された第2スキャンが対応付けられ、それらに基づく第1位相画像と第2位相画像とが合成される。或いは、一の第1スキャンに対し、それに割り当てられた順序(図6Cに示すようなスキャンシーケンスにおける順序)から所定数以下の順序が割り当てられた第2スキャンが対応付けられ、それらに基づく第1位相画像と第2位相画像とが合成される。
実質的に周期的に変化する対象を測定する場合、位相情報処理部250は、当該周期的変化において互いに実質的に同じ時相に対応する第1位相情報と第2位相情報とを合成することができる。
例えば、本実施形態では、実質的に周期的に変化する血流が測定対象であり、位相情報処理部250は、血流動態の周期的変化における一の時相(例えば、心電図におけるR波の時相)において実行された一の第1スキャンに対応する第1位相画像と、当該第1スキャンと実質的に同じ時相(例えば、R波の時相)において実行された第2スキャンに対応する第2位相画像とに基づいて、合成位相画像を生成することができる。
位相情報処理部250が実行する処理の態様は、以上の例に限定されない。OCTスキャンが適用される物体の種類、OCTの方式、OCTスキャンの態様、位相情報生成の態様、及び/又は、他のファクタのいずれかにしたがって、位相情報処理部250が実行する処理の態様を決定、選択、変更することが可能である。
以下に説明する処理のいずれか、特に血流情報生成部232が実行する処理のいずれかは、位相情報処理部250により生成された位相情報(合成位相画像)に対して適用される。なお、位相情報処理部250を経由しない位相情報、つまり位相画像形成部222により形成された位相画像に対して、以下に説明する処理の一部を適用するようにしてもよい。
<血管領域特定部231>
血管領域特定部231は、主断層像、補足断層像、及び位相画像(合成位相画像)のそれぞれについて、注目血管Dbに対応する血管領域を特定する。この処理は、各画像の画素値を解析することによって実行することが可能である(例えば閾値処理)。
なお、主断層像と補足断層像は解析処理の対象として十分な解像度を持っているが、位相画像(合成位相画像)は血管領域の境界を特定できるほどの解像度を持っていない場合がある。しかし、位相画像(合成位相画像)に基づき血流情報を生成する以上、それに含まれる血管領域を高精度且つ高確度で特定する必要がある。そこで、例えば次のような処理を行うことで、位相画像(合成位相画像)中の血管領域をより正確に特定することができる。
前述のように、主断層像と位相画像(合成位相画像)は同じサンプリングデータに基づいて形成されるため、主断層像の画素と位相画像(合成位相画像)の画素との間の自然な対応関係を定義することが可能である。血管領域特定部231は、例えば、主断層像を解析して血管領域を求め、この血管領域に対応する位相画像(合成位相画像)中の画像領域を当該対応関係に基づき特定し、特定された画像領域を位相画像(合成位相画像)中の血管領域として採用する。これにより、位相画像(合成位相画像)の血管領域を高精度且つ高確度で特定することができる。
<血流情報生成部232>
血流情報生成部232は、注目血管Dbに関する血流情報を生成する。前述のように、血流情報生成部232は、傾き推定部233と、血流速度算出部234と、血管径算出部235と、血流量算出部236とを含む。
<傾き推定部233>
傾き推定部233は、補足走査により収集された補足断面のデータ(断面データ、補足断層像)に基づいて、注目血管の傾きの推定値を求める。この傾き推定値は、例えば、注目断面における注目血管の傾きの測定値、又はその近似値であってよい。
注目血管の傾きの値を実際に測定する場合の例を説明する(傾き推定の第1の例)。図7Aに示す補足断面C1及びC2が適用された場合、傾き推定部233は、注目断面C0と補足断面C1と補足断面C2との間の位置関係と、血管領域特定部231による血管領域の特定結果とに基づいて、注目断面C0における注目血管Dbの傾きを算出することができる。
注目血管Dbの傾きの算出方法について図8Aを参照しつつ説明する。符号G0、G1及びG2は、それぞれ、注目断面C0における主断層像、補足断面C1における補足断層像、及び補足断面C2における補足断層像を示す。また、符号V0、V1及びV2は、それぞれ、主断層像G0内の血管領域、補足断層像G1内の血管領域、及び補足断層像G2内の血管領域を示す。図8Aに示すz座標軸は、測定光LSの入射方向と実質的に一致する。また、主断層像G0(注目断面C0)と補足断層像G1(補足断面C1)との間の距離をdとし、主断層像G0(注目断面C0)と補足断層像G2(補足断面C2)との間の距離を同じくdとする。隣接する断層像の間隔、つまり隣接する断面の間隔を、断面間距離と呼ぶ。
傾き推定部233は、3つの血管領域V0、V1及びV2の間の位置関係に基づいて、注目断面C0における注目血管Dbの傾きAを算出することができる。この位置関係は、例えば、3つの血管領域V0、V1及びV2を接続することによって求められる。その具体例として、傾き推定部233は、3つの血管領域V0、V1及びV2のそれぞれの特徴位置を特定し、これら特徴位置を接続することができる。この特徴位置としては、中心位置、重心位置、最上部(z座標値が最小の位置)、最下部(z座標値が最大の位置)などがある。これら特徴位置のうちでは、最上部の特定が最も簡便な処理と考えられる。また、特徴位置の接続方法としては、線分で結ぶ方法、近似曲線(スプライン曲線、ベジェ曲線等)で結ぶ方法などがある。
更に、傾き推定部233は、3つの血管領域V0、V1及びV2から特定された特徴位置の間を接続する線に基づいて傾きAを算出する。線分で接続する場合、例えば、注目断面C0の特徴位置と補足断面C1の特徴位置とを結ぶ第1線分の傾きと、注目断面C0の特徴位置と補足断面C2の特徴位置とを結ぶ第2線分の傾きとに基づき傾きAを算出することができる。この算出処理の例として、2つの線分の傾きの平均値を求めることが可能である。また、近似曲線で結ぶ場合の例として、近似曲線が注目断面C0に交差する位置におけるこの近似曲線の傾きを求めることができる。なお、断面間距離dは、例えば、線分や近似曲線を求める処理において、断層像G0~G2をxyz座標系に埋め込むときに用いられる。
上記の例では、3つの断面における血管領域を考慮しているが、2つの断面を考慮して傾きを求めるように構成することも可能である。その具体例として、上記第1線分又は第2線分の傾きを目的の傾きとすることができる。また、2つの補足断層像G1及びG2に基づいて注目断面C0における注目血管Dbの傾きAを算出することができる。
上記の例では1つの傾きを求めているが、血管領域V0中の2つ以上の位置(又は領域)についてそれぞれ傾きを求めるようにしてもよい。この場合、得られた2つ以上の傾きの値を別々に用いることもできるし、これら傾きの値を統計的に処理して得られる値(例えば、平均値、最大値、最小値、中間値、最頻値など)を傾きAとして用いることもできる。
注目血管の傾きの近似値を求める場合の例を説明する(傾き推定の第2の例)。図7Bに示す補足断面Cpが適用された場合、傾き推定部233は、補足断面Cpに対応する補足断層像を解析して、注目断面C0における注目血管Dbの傾きの近似値を算出することができる。
注目血管Dbの傾きの近似方法について図8Bを参照しつつ説明する。符号Gpは、補足断面Cpにおける補足断層像を示す。符号Aは、図8Aに示す例と同様に、注目断面C0における注目血管Dbの傾きを示す。
本例において、傾き推定部233は、補足断層像Gpを解析して、眼底Efの所定組織に相当する画像領域を特定することができる。例えば、傾き推定部233は、網膜の表層組織である内境界膜(ILM)に相当する画像領域(内境界膜領域)Mを特定することができる。画像領域の特定には、例えば、公知のセグメンテーション処理が利用される。
内境界膜と眼底血管とは互いに略平行であることが知られている。傾き推定部233は、注目断面C0における内境界膜領域Mの傾きAappを算出する。注目断面C0における内境界膜領域Mの傾きAappは、注目断面C0における注目血管Dbの傾きAの近似値として用いられる。
なお、図8A及び図8Bに示す傾きAは、注目血管Dbの向きを表すベクトルであり、その値の定義は任意であってよい。一例として、傾き(ベクトル)Aとz軸とが成す角度として傾きAの値を定義することが可能である。同様に、図8Bに示す傾きAappは、内境界膜領域Mの向きを表すベクトルであり、その値の定義は任意であってよい。例えば、傾き(ベクトル)Aappとz軸とが成す角度として傾きAappの値を定義することが可能である。なお、z軸の向きは、測定光LSの入射方向と実質的に同一である。
注目血管の傾き推定の第3の例として、傾き推定部233は、図8Bに示す補足断層像Gpを解析して、注目血管Dbに相当する画像領域を特定し、注目断面C0に相当する位置における当該画像領域の傾きを求めることができる。このとき、傾き推定部233は、例えば、注目血管Dbに相当する画像領域の境界又は中心軸を曲線近似することができ、注目断面C0に相当する位置における当該近似曲線の傾きを求めるようにしてもよい。前述した眼底Efの所定組織に相当する画像領域(例えば内境界膜領域M)に対して同様の曲線近似を適用することも可能である。
傾き推定部233が実行する処理は上記の例には限定されず、眼底Efの断面にOCTスキャンを適用して収集された断面データに基づいて注目血管Dbの傾きの推定値(例えば、注目血管Db自体の傾き値、その近似値など)を求めることが可能な任意の処理であってよい。
<血流速度算出部234>
血流速度算出部234は、位相画像(合成位相画像)として得られる位相差の時系列変化に基づいて、注目血管Db内を流れる血液の注目断面C0における血流速度を算出する。この算出対象は、或る時点における血流速度でもよいし、この血流速度の時系列変化(血流速度変化情報)でもよい。前者の場合、例えば心電図の所定の時相(例えば、R波の時相)における血流速度を選択的に取得することが可能である。また、後者における時間の範囲は、注目断面C0を走査した時間の全体又は任意の一部である。
血流速度変化情報が得られた場合、血流速度算出部234は、計測期間における血流速度の統計値を算出することができる。この統計値としては、平均値、標準偏差、分散、中央値、最頻値、最大値、最小値、極大値、極小値などがある。また、血流速度の値に関するヒストグラムを作成することもできる。
血流速度算出部234は、ドップラーOCTの手法を用いて血流速度を算出する。このとき、傾き推定部233により算出された注目断面C0における注目血管Dbの傾きA(又は、その近似値Aapp)が考慮される。具体的には、血流速度算出部234は、次式を用いることができる。
Figure 0007260426000001
ここで:
Δfは、測定光LSの散乱光が受けるドップラーシフトを表す;
nは、媒質の屈折率を表す;
vは、媒質の流速(血流速度)を表す;
θは、測定光LSの照射方向と媒質の流れベクトルとが成す角度を表す;
λは、測定光LSの中心波長を表す。
本実施形態では、nとλは既知であり、Δfは位相差の時系列変化から得られ、θは傾きA(又は、その近似値Aapp)から得られる。典型的には、θは、傾きA(又は、その近似値Aapp)に等しい。これらの値を上記の式に代入することにより、血流速度vが算出される。
<血管径算出部235>
血管径算出部235は、注目断面C0における注目血管Dbの径を算出する。この算出方法の例として、眼底像(正面画像)を用いた第1の算出方法と、断層像を用いた第2の算出方法がある。
第1の算出方法が適用される場合、注目断面C0の位置を含む眼底Efの部位の撮影が予め行われる。それにより得られる眼底像は、観察画像(のフレーム)でもよいし、撮影画像でもよい。撮影画像がカラー画像である場合には、これを構成する画像(例えばレッドフリー画像)を用いてもよい。また、撮影画像は、眼底蛍光造影撮影(フルオレセイン蛍光造影撮影など)により得られた蛍光画像でもよいし、OCT血管造影(OCTアンジオグラフィ)により得られた血管強調画像(アンジオグラム、モーションコントラスト画像)でもよい。
血管径算出部235は、撮影画角(撮影倍率)、ワーキングディスタンス、眼球光学系の情報など、画像上のスケールと実空間でのスケールとの関係を決定する各種ファクターに基づいて、眼底像におけるスケールを設定する。このスケールは実空間における長さを表す。具体例として、このスケールは、隣接する画素の間隔と、実空間におけるスケールとを対応付けたものである(例えば画素の間隔=10μm)。なお、上記ファクターの様々な値と、実空間でのスケールとの関係を予め算出し、この関係をテーブル形式やグラフ形式で表現した情報を記憶しておくことも可能である。この場合、血管径算出部235は、上記ファクターに対応するスケールを選択的に適用する。
更に、血管径算出部235は、このスケールと血管領域V0に含まれる画素とに基づいて、注目断面C0における注目血管Dbの径、つまり血管領域V0の径を算出する。具体例として、血管径算出部235は、血管領域V0の様々な方向の径の最大値や平均値を求める。また、血管領域235は、血管領域V0の輪郭を円近似又は楕円近似し、その円又は楕円の径を求めることができる。なお、血管径が決まれば血管領域V0の面積を(実質的に)決定することができるので(つまり両者を実質的に一対一に対応付けることができるので)、血管径を求める代わりに当該面積を算出するようにしてもよい。
第2の算出方法について説明する。第2の算出方法では、典型的には、注目断面C0における断層像が用いられる。この断層像は、主断層像でもよいし、これとは別個に取得されたものでもよい。
この断層像におけるスケールは、OCTの計測条件などに基づき決定される。本実施形態では、図7A又は図7Bに示すように注目断面C0を走査する。注目断面C0の長さは、ワーキングディスタンス、眼球光学系の情報など、画像上のスケールと実空間でのスケールとの関係を決定する各種ファクターに基づいて決定される。血管径算出部235は、例えば、この長さに基づいて隣接する画素の間隔を求め、第1の算出方法と同様にして注目断面C0における注目血管Dbの径を算出する。
<血流量算出部236>
血流量算出部236は、血流速度の算出結果と血管径の算出結果とに基づいて、注目血管Db内を流れる血液の流量を算出する。この処理の一例を以下に説明する。
血管内における血流がハーゲン・ポアズイユ流(Hagen-Poiseuille flow)と仮定する。また、血管径をwとし、血流速度の最大値をVmとすると、血流量Qは次式で表される。
Figure 0007260426000002
血流量算出部236は、血管径算出部235による血管径の算出結果wと、血流速度算出部234による血流速度の算出結果に基づく最大値Vmとを、この数式に代入することにより、目的の血流量Qを算出する。
<断面設定部237>
主制御部211は、表示部241に眼底Efの正面画像を表示させる。この正面画像は、任意種別の画像であってよく、例えば、観察画像、撮影画像、蛍光画像、OCT血管造影画像、OCTプロジェクション画像、及びOCTシャドウグラムのうちのいずれかであってよい。
ユーザーは、操作部242を操作することで、表示された眼底Efの正面画像に対して1以上の注目断面を指定することができる。注目断面は、注目血管に交差するように指定される。断面設定部237は、指定された1以上の注目断面と、眼底Efの正面画像とに基づいて、1以上の注目断面のそれぞれに関する1以上の補足断面を設定することができる。なお、補足断面の設定を手動で行うようにしてもよい。
他の例において、断面設定部237は、眼底Efの正面画像を解析して1以上の注目血管を特定するように構成されていてよい。注目血管の特定は、例えば、血管の太さや、眼底の所定部位(例えば、視神経乳頭、黄斑)に対する位置関係や、血管の種別(例えば、動脈、静脈)などに基づいて実行される。更に、断面設定部237は、特定された1以上の注目血管のそれぞれに関する1以上の注目断面と1以上の補足断面とを設定することができる。
このように、ユーザーにより、断面設定部237により、又は、ユーザーと断面設定部237との協働により、図7A又は図7Bに例示するような注目断面及び補足断面が眼底Efに対して設定される。
以上のように機能するデータ処理部230は、例えば、プロセッサ、RAM、ROM、ハードディスクドライブ等を含んで構成される。ハードディスクドライブ等の記憶装置には、上記機能をプロセッサに実行させるコンピュータプログラムが予め格納されている。
<ユーザーインターフェイス240>
ユーザーインターフェイス(UI)240は、表示部241と操作部242とを含む。表示部241は、図2に示す表示装置3や他の表示デバイスを含む。操作部242は、任意の操作デバイスを含む。ユーザーインターフェイス240は、例えばタッチパネルのように、表示機能と操作機能の双方を備えたデバイスを含んでいてもよい。
<データ入出力部290>
データ入出力部290は、血流計測装置1からのデータの出力と、血流計測装置1へのデータの入力とを行う。
データ入出力部290は、例えば、図示しない外部装置と通信するための機能を有する。通信部290は、外部装置との接続形態に応じた通信インターフェイスを備える。外部装置は、例えば、任意の眼科装置である。また、外部装置は、病院情報システム(HIS)サーバ、DICOM(Digital Imaging and COmmunication in Medicine)サーバ、医師端末、モバイル端末、個人端末、クラウドサーバなど、任意の情報処理装置であってもよい。
データ入出力部290は、記録媒体から情報を読み取る装置(データリーダ)、記録媒体に情報を書き込む装置(データライタ)などを含んでいてもよい。
<動作>
血流計測装置1の動作の幾つかの例を説明する。
患者IDの入力、アライメント、フォーカス調整、OCT光路長調整などの準備的処理は、既に行われたとする。また、好適なアライメント状態を維持するための制御(トラッキング)、好適なOCT光路長を維持するための制御(Zロック)などの各種制御は、既に開始されたとする。更に、血流計測(OCTスキャン)が適用される注目血管の設定、注目断面の設定などの各種設定は、既に行われたとする。
<第1動作例>
血流計測装置1の動作の第1の例を図9に示す。
(S1:OCTスキャン(第1スキャン及び第2スキャン))
まず、血流計測装置1は、眼底EfにOCTスキャンを適用する。より詳細には、主制御部211は、眼底Efの断面を第1スキャン方向にスキャンする第1スキャンを少なくとも1回実行し、且つ、第1スキャン方向とは反対の第2スキャン方向に眼底Efの断面をスキャンする第2スキャンを少なくとも1回実行するように、OCTユニット100、光スキャナ44等を制御する。
各スキャンにおいて、OCTユニット100、光スキャナ44等は、測定光LSの投射及び偏向、干渉光LCの生成、干渉光LCの検出、検出データの収集及びサンプリングなどを実行する。
(S2:第1位相情報及び第2位相情報を生成する)
画像形成部220は、ステップS1で実行された各第1スキャンに対応するサンプリングデータに基づいて、少なくとも位相情報(第1位相情報)を生成する。更に、画像形成部220は、ステップS1で実行された各第2スキャンに対応するサンプリングデータに基づいて、少なくとも位相情報(第2位相情報)を生成する。本実施形態では、第1位相画像は第1位相画像であり、第2位相情報は第2位相画像である。
(S3:合成位相情報を生成する)
位相情報処理部250は、ステップS2で生成された第1位相情報及び第2位相情報に基づいて、合成位相情報を生成する。
第1位相情報は第1スキャンで収集されたデータに基づくものであり、且つ、第2位相情報は第2スキャンで収集されたデータに基づくものである。また、第1スキャンと第2スキャンは、互いに反対方向のスキャンである。
図10Aに示すように光スキャナ44が時計回りに回動しているときに光スキャナ44が測定光LSを反射した場合、換言すると、測定光LSの光路長が短くなるように光スキャナ44が回動しているときに光スキャナ44が測定光LSを反射した場合、測定対象(眼底Ef)が光スキャナ44に近づく方向に運動していると認識され、この運動に起因する誤差(オフセット)が位相情報に付加される。
逆に、図10Bに示すように光スキャナ44が反時計回りに回動しているときに光スキャナ44が測定光LSを反射した場合、換言すると、測定光LSの光路長が長くなるように光スキャナ44が回動しているときに光スキャナ44が測定光LSを反射した場合、測定対象(眼底Ef)が光スキャナ44から遠のく方向に運動していると認識され、この運動に起因する誤差(オフセット)が位相情報に付加される。
また、ガルバノスキャナのような光スキャナ44は、往復的に回動可能な反射ミラーを含み、例えば、往路の回動(例えば時計回りの回動)により第1スキャンが実行され、復路の回動(例えば反時計回りの回動)により第2スキャンが実行される。このような往復的な回動には、反射ミラーが実質的に等速で回動する区間(等速区間)と、非等速で回動する区間(非等速区間)とが存在する。非等速区間は、静止状態から等速状態まで加速する区間と、等速状態から静止状態まで減速する区間とを含む。主制御部211は、等速区間においてOCTスキャン(第1スキャン及び第2スキャン)を実行するようにOCTユニット100、光スキャナ44等の制御を行う。
このような等速区間でのOCTスキャンに加え、前述のレジストレーションやAスキャン画像データの並べ替えを適用することにより、第1位相情報におけるオフセット(オフセット分布)と、この第1位相情報と合成される第2位相情報におけるオフセット(オフセット分布)とは、互いに実質的に等しい大きさ、且つ、正負が互いに反対である。つまり、第1位相情報におけるオフセットを+Δφとすると、この第1位相情報と合成される第2位相情報におけるオフセットは-Δφである。
したがって、第1位相情報と第2位相情報とを平均することで、双方のオフセットが相殺される。つまり、光スキャナ44に起因する位相情報の誤差が相殺され解消される。
<第2動作例>
血流計測装置1の動作の第2の例を図11に示す。本例は、第1動作例を血流計測に応用したものである。
(S11:第1スキャンと第2スキャンを交互に行う)
まず、血流計測装置1は、眼底EfにOCTスキャンを適用する。本例では、主制御部211は、第1スキャンと第2スキャンとを交互に実行するように、OCTユニット100、光スキャナ44等を制御する。
図12に示すように、第1スキャンはN回実行され、第2スキャンもN回実行される。一般にNは2以上の整数であるが、血流計測を好適に行うために、例えばN=45に設定される。第n回目の第1スキャンをAnで示し、第n回目の第2スキャンをBnで示す(n=1,2,・・・,45)。
各スキャンにおいて、OCTユニット100、光スキャナ44等は、測定光LSの投射及び偏向、干渉光LCの生成、干渉光LCの検出、検出データの収集及びサンプリングなどを実行する。
(S12:第1位相画像及び第2位相画像を形成する)
位相画像形成部222は、ステップS11で実行された各第1スキャンAnに対応するサンプリングデータに基づいて第1位相画像を形成する。更に、位相画像形成部222は、ステップS11で実行された各第2スキャンBnに対応するサンプリングデータに基づいて第2位相画像を形成する。これにより、N回の第1スキャンA1~ANに対応するN個の第1位相画像と、N回の第2スキャンB1~BNに対応するN個の第2位相画像とが得られる。
(S13:第1位相画像と第2位相画像とをペアリングする)
位相情報処理部250は、ステップS12で取得されたN個の第1位相画像とN個の第2位相画像との間の対応付けを行う。本例では、位相情報処理部250は、第n回目の第1スキャンAnに基づく第1位相画像と、第n回目の第2スキャンBnに基づく第2位相画像とが、互いに対応付けられる(n=1,2,・・・,N)。これにより、第1位相画像と第2位相画像とのN個のペアが得られる。このような位相画像のペアリング(対応付け)は、図13に示すスキャンのペアリングに相当する。
(S14:第1位相画像と第2位相画像とのペアから合成位相画像を生成する)
ステップS13で設定された各ペアについて、位相情報処理部250は、当該ペアの第1位相画像と第2位相画像に基づいて合成位相画像を生成する。これにより、ステップS13で設定されたN個のペアに対応するN個の合成位相画像が得られる。
(S15:合成位相画像に基づき血流情報を生成する)
データ処理部230(血管領域特定部231、血流情報生成部232)は、ステップS14で得られたN個の合成位相画像に基づき血流情報を生成する。前述したように、血流情報の生成においては、ステップS11のいずれかのOCTスキャンで得られた収集データに基づく断層像(又は、ステップS11のOCTスキャンとは別途に実行されたOCTスキャンで得られた収集データ)も用いられる。
前述したように、ステップS13で設定された各ペアについて、第1位相画像におけるオフセットと第2位相画像におけるオフセットとは、絶対値が実質的に等しく、且つ、正負が逆である。したがって、ステップ14の位相画像の合成により双方のオフセットが相殺され、その結果、光スキャナ44に起因する誤差が解消された合成位相画像が得られる。よって、ステップS15で得られる血流情報は、光スキャナ44に起因する誤差が解消された高確度の情報と言える。
例えば、図14に示すように、血流速度vの真値をVとした場合、第1位相画像に基づく血流速度の値(第1測定値)v1は、真値Vにオフセット+Δvを付加したものであり、第2位相画像に基づく血流速度の値(第2測定値)v2は、真値Vにオフセット-Δvを付加したものであると言える:v1=V+Δv、v2=V-Δv。このような第1位相画像と第2位相画像とのペアを平均して得られた合成位相画像を血流速度の演算に用いることは、第1測定値v1と第2測定値v2とを加算平均して真値Vを求めることに相当する:(v1+v2)/2=[(V+Δv)+(V-Δv)]/2=V。これは、位相情報から求められる任意の血流パラメータについても同様である。
<作用・効果>
例示的な実施形態に係る光コヒーレンストモグラフィ装置の作用及び効果について説明する。
例示的な実施形態の光コヒーレンストモグラフィ装置は、スキャン部と、制御部と、位相情報生成部と、位相情報処理部とを含む。
スキャン部は、光スキャナを介して物体にOCTスキャンを適用する。一例として、血流計測装置1のスキャン部は、OCTユニット100と、測定アームを構成する眼底カメラユニット2内の要素とを含み、光スキャナ44を介して被検眼E(眼底Ef)にOCTスキャンを適用する。
制御部は、物体の断面を第1スキャン方向にスキャンする第1スキャンを少なくとも1回実行し、且つ、第1スキャン方向とは反対の第2スキャン方向に物体の断面をスキャンする第2スキャンを少なくとも1回実行するように、スキャン部を制御する。一例として、血流計測装置1の制御部は、スキャン制御のためのソフトウェアにしたがって動作するプロセッサ(主制御部211)を含み、少なくとも1回の第1スキャンと少なくとも1回の第2スキャンとを眼底Efに適用するように、OCTユニット100及び光スキャナ44を制御する。
位相情報生成部は、少なくとも1回の第1スキャンにより収集された少なくとも1つの第1収集データに基づいて少なくとも1つの第1位相情報を生成し、且つ、少なくとも1回の第2スキャンにより収集された少なくとも1つの第2収集データに基づいて少なくとも1つの第2位相情報を生成する。一例として、血流計測装置1の位相情報生成部は、位相画像形成部222を含み、少なくとも1つの第1位相情報(第1位相画像)と少なくとも1つの第2位相情報(第2位相画像)とを生成する。
位相情報処理部は、少なくとも1つの第1位相情報と少なくとも1つの第2位相情報とに基づいて合成位相情報を生成する。一例として、血流計測装置1の位相情報処理部は、位相情報処理部250を含み、少なくとも1つの第1位相画像と少なくとも1つの第2位相画像とに基づいて合成位相情報(合成位相画像)を生成する。
このように構成された光コヒーレンストモグラフィ装置によれば、互いに反対方向の第1スキャンと第2スキャンとで得られた第1位相情報と第2位相情報とを合成することにより、光スキャナに起因する位相のオフセットを相殺することができる。これにより、光スキャナに起因する位相情報の誤差を解消することが可能となる。
OCTスキャンの態様(スキャン制御の態様)は任意であってよい。例えば、制御部は、1回以上の第1スキャンと1回以上の第2スキャンとを交互に実行するようにスキャン部を制御するように構成されていてもよい。更に、制御部は、第1スキャンと第2スキャンとを交互に実行するようにスキャン部を制御するように構成されていてもよい(図6Cを参照)。
更に、制御部は、第1スキャンと第2スキャンとを単一の断面に交互に適用するようにスキャン部を制御するように構成されていてもよい。一例として、血流計測装置1の制御部は、注目断面CS又はC0に対して第1スキャンと第2スキャンとを交互に適用することができる。
(単一の断面又は2以上の断面に対して)第1スキャンと第2スキャンとが交互に実行される場合、位相情報処理部は、一の第1スキャンに対応する第1位相情報と、当該一の第1スキャンの直前又は直後に実行された第2スキャンに対応する第2位相情報とに基づいて、合成位相情報を生成することができる。
このような構成によれば、極めて小さい時間差で行われた第1スキャンと第2スキャンに基づく第1位相情報と第2位相情報から合成位相情報を生成できる。よって、例えば血流動態を測定する場合において、ほぼ同じ時相の第1位相情報と第2位相情報を合成することで、光スキャナに起因する位相情報の誤差を好適に解消することが可能となる。
第1スキャンと第2スキャンとが交互に実行される場合、又はそうでない場合においても、位相情報処理部は、一の第1スキャンに対応する第1位相情報と、当該一の第1スキャンに対する実行タイミング(時間、順序等)の差が所定閾値以下である第2スキャンに対応する第2位相情報とに基づいて、合成位相情報を生成することができる。
このような構成によれば、小さい時間差で行われた第1スキャンと第2スキャンに基づく第1位相情報と第2位相情報から合成位相情報を生成できるので、例えば血流動態を測定する場合において、光スキャナに起因する位相情報の誤差を好適に解消することが可能である。
血流パラメータのように、物体の実質的に周期的な変化を表す位相情報を扱う場合がある。この場合において、位相情報処理部は、物体の実質的に周期的な変化における一の時相において実行された一の第1スキャンに対応する第1位相情報と、当該一の第1スキャンと実質的に同じ時相において実行された第2スキャンに対応する第2位相情報とに基づいて、合成位相情報を生成することができる。
このような構成によれば、位相情報処理部は、実質的に同じ時相に対応する第1位相情報と第2位相情報とを選択して合成することができる。したがって、光スキャナに起因する位相情報の誤差を好適に解消することが可能である。
位相情報処理部は、第1位相情報と第2位相情報とを平均することにより合成位相情報を生成するように構成されていてもよい。なお、位相情報の合成演算は平均化に限定されない。
ガルバノスキャナのような光スキャナは、往復的に回動可能な反射ミラーを含む。この場合、制御部は、反射ミラーが実質的に等速で回動している間にデータを収集するようにスキャン部を制御することが可能である。
このような構成によれば、第1位相情報におけるオフセットの絶対値と第2位相情報におけるオフセットの絶対値とをほぼ等しくすることができ、且つ、これらオフセットの符号(正負)を互いに逆にすることができる。これにより、これらオフセットを相殺するための位相情報の合成演算を容易化することができる。例えば、単純平均によってこれらオフセットの相殺を図ることができる。
なお、反射ミラーが非等速で回動している間にもデータ収集(スキャン)を行うように構成することも可能である。この場合、上記の場合よりも複雑な処理が必要となるが、非等速な回動速度に関する値(理論値、スペック値、実測値等)
制御部は、第1スキャン及び第2スキャンの双方を繰り返し実行するようにスキャン部を制御してもよい。つまり、制御部は、複数回の第1スキャンと、複数回の第2スキャンとを、任意の順序で行ってよい。この場合、位相情報生成部は、複数回の第1スキャンにより収集された複数の第1収集データに基づいて複数の第1位相情報を生成し、且つ、複数回の第2スキャンにより収集された複数の第2収集データに基づいて複数の第2位相情報を生成することができる。更に、位相情報処理部は、複数の第1位相情報と複数の第2位相情報とに基づいて、1以上の第1位相情報と1以上の第2位相情報とを含む位相情報群を複数形成することができる。加えて、位相情報処理部は、形成された複数の位相情報群のそれぞれに基づき合成位相情報を生成することができる。
一例として、血流計測装置1は、N回の第1スキャンAnとN回の第2スキャンBnとを実行し、N回の第1スキャンAnに対応するN個の第1位相画像とN回の第2スキャンBnに対応する複数の第2位相画像とを生成し、N個の第1位相画像及びN個の第2位相画像にペアリングを施してN個の位相情報群(位相画像のペア)を形成し、N個のペアのそれぞれに基づき合成位相情報(合成位相画像)を生成することができる。これにより、時系列的なN個の合成位相画像が得られる。
このような構成によれば、光スキャナに起因する位相情報の誤差が解消された時系列的な合成位相情報を取得することが可能となる。時系列的な合成位相情報は、位相情報が時系列的に変化するデータを高い確度で求めることが可能となる。
例えば、血流計測装置1は、複数の合成位相情報(時系列的なN個の合成位相画像)に基づいて、生体の血流動態を表す血流情報を生成することが可能である。血流情報の生成は、血流情報生成部232を含むデータ処理部230により実行される。
例示的な実施形態は、光コヒーレンストモグラフィ装置を制御する方法を提供する。この制御方法を適用可能な光コヒーレンストモグラフィ装置は、光スキャナを介して物体にOCTスキャンを適用するスキャン部と、プロセッサとを含む。この制御方法は、以下のステップを少なくとも含む:スキャン部に、物体の断面を第1スキャン方向にスキャンする第1スキャンを少なくとも1回実行させる;スキャン部に、第1スキャン方向とは反対の第2スキャン方向に物体の断面をスキャンする第2スキャンを少なくとも1回実行させる;プロセッサに、少なくとも1回の第1スキャンにより収集された少なくとも1つの第1収集データに基づいて少なくとも1つの第1位相情報を生成させる;プロセッサに、少なくとも1回の第2スキャンにより収集された少なくとも1つの第2収集データに基づいて少なくとも1つの第2位相情報を生成させる;プロセッサに、少なくとも1つの第1位相情報と少なくとも1つの第2位相情報とに基づいて、合成位相情報を生成させる。
このような光コヒーレンストモグラフィ装置の制御方法に対して、例示的な実施形態において説明された事項のいずれかを組み合わせることが可能である。
例示的な実施形態は、このような制御方法をコンピュータに実行させるプログラムを提供する。このプログラムに対して、例示的な実施形態において説明された事項のいずれかを組み合わせることが可能である。
また、このようなプログラムを記録したコンピュータ可読な非一時的記録媒体を作成することが可能である。この記録媒体に対して、例示的な実施形態において説明された事項のいずれかを組み合わせることが可能である。この非一時的記録媒体は任意の形態であってよく、その例として、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリなどがある。
例示的な実施形態は、光計測方法を提供する。この光計測方法は、光スキャナを介して物体にOCTスキャンを適用することによりデータを取得するものであり、以下のステップを少なくとも含む:物体の断面を第1スキャン方向にスキャンする第1スキャンを少なくとも1回実行する;第1スキャン方向とは反対の第2スキャン方向に物体の断面をスキャンする第2スキャンを少なくとも1回実行する;少なくとも1回の第1スキャンにより収集された少なくとも1つの第1収集データに基づいて少なくとも1つの第1位相情報を生成する;少なくとも1回の第2スキャンにより収集された少なくとも1つの第2収集データに基づいて少なくとも1つの第2位相情報を生成する;少なくとも1つの第1位相情報と少なくとも1つの第2位相情報とに基づいて、合成位相情報を生成する。
このような光計測方法に対して、例示的な実施形態において説明された事項のいずれかを組み合わせることが可能である。
例示的な実施形態は、このような光計測方法を光コヒーレンストモグラフィ装置に実行させるプログラムを提供する。このプログラムに対して、例示的な実施形態において説明された事項のいずれかを組み合わせることが可能である。
また、このようなプログラムを記録したコンピュータ可読な非一時的記録媒体を作成することが可能である。この記録媒体に対して、例示的な実施形態において説明された事項のいずれかを組み合わせることが可能である。この非一時的記録媒体は任意の形態であってよく、その例として、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリなどがある。
例示的な実施形態に係る制御方法、光計測方法、プログラム、又は記録媒体によれば、光スキャナに起因する位相情報の誤差を解消することが可能である。また、例示的な実施形態に係る制御方法、光計測方法、プログラム、又は記録媒体に組み合わされる事項に応じた作用及び効果が奏される。
以上に説明した実施形態は、この発明の例示的な態様に過ぎない。よって、この発明の要旨の範囲内における任意の変形(省略、置換、付加等)を施すことが可能である。
例えば、光コヒーレンストモグラフィ装置とは異なる種類のモダリティ装置であって、光スキャナに起因する位相情報の誤差が発生するものに対し、実施形態で説明した態様のいずれかを適用することが可能である。
前述した実施形態は、往復的スキャン等で得られたデータの平均を考慮することによって測定対象の運動に起因するオフセットを除去するように構成されている。すなわち、流速の真値をV、オフセットをΔvとすると、互いに反対方向の2つのスキャンで得られる測定結果はV+Δv及びV-Δvの組み合わせとなり、これらの平均を取ってオフセットΔvを除去することで真値Vを求めている:[(V+Δv)+(V-Δv)]/2=V。
これに対し、2つの測定結果の差を2で割ると(差分平均を取ると)、オフセットΔvを求めることができる:[(V+Δv)-(V-Δv)]/2=Δv。この関係を利用することで、往復的スキャン等を行うことなくオフセットによる測定誤差を解消することが可能である。
そのために、例えば、既知の流速を有するサンプルを準備することができる。このサンプルは、オフセットキャリブレーション用の器具(ファントム)であってよい。この器具に対して往復的スキャン等を適用して流速測定結果を取得し、この流速測定結果と上記関係式とを用いた演算を行うことで、当該OCT装置におけるオフセット量Δvを求めることができる。
算出されたオフセット量Δvは、当該OCT装置又はこれによりアクセス可能な記憶装置に格納される。当該OCT装置を用いた実際のOCTスキャンで得られた流速測定結果をこのオフセット量Δvで補正することにより、当該流速測定結果に含まれる誤差を除去することが可能である。
この手法によれば、実際の測定対象に適用されるOCTスキャンが往復的スキャン等ではなく通常のスキャン(1方向のスキャン)である場合であっても、測定結果に原理的に混入する誤差を除去することが期待される。
なお、オフセットキャリブレーションはファントムを用いて行われる必要はなく、例えば、実際の測定対象に対する準備的測定としてオフセットキャリブレーションを行ったり、ファントムとも実際の測定対象とも異なるサンプルを用いてオフセットキャリブレーションを行ったりすることも可能である。
1 血流計測装置
44 光スキャナ
100 OCTユニット
210 制御部
211 主制御部
220 画像形成部
222 位相画像形成部
230 データ処理部
232 血流情報生成部
250 位相情報処理部

Claims (15)

  1. 光スキャナを介して物体に光コヒーレンストモグラフィ(OCT)スキャンを適用するスキャン部と、
    前記物体の断面を第1スキャン方向にスキャンする第1スキャンを少なくとも1回実行し、且つ、前記第1スキャン方向とは反対の第2スキャン方向に前記物体の断面をスキャンする第2スキャンを少なくとも1回実行するように、前記スキャン部を制御する制御部と、
    前記少なくとも1回の第1スキャンにより収集された少なくとも1つの第1収集データに基づいて少なくとも1つの第1位相情報を生成し、且つ、前記少なくとも1回の第2スキャンにより収集された少なくとも1つの第2収集データに基づいて少なくとも1つの第2位相情報を生成する位相情報生成部と、
    前記少なくとも1つの第1位相情報と前記少なくとも1つの第2位相情報とを平均することによって合成位相情報を生成する位相情報処理部と
    を含
    前記位相情報生成部は、前記OCTスキャンにおいて隣接する走査点に対応する信号の位相差を算出することによって位相差の時系列変化を表す位相画像を形成する位相画像形成部を含み、
    前記位相情報処理部は、前記少なくとも1回の第1スキャンに対応する少なくとも1つの第1位相画像と、前記少なくとも1回の第2スキャンに対応する少なくとも1つの第2位相画像とを平均することによって合成位相情報を生成する、
    光コヒーレンストモグラフィ装置。
  2. 前記制御部は、1回以上の前記第1スキャンと1回以上の前記第2スキャンとを交互に実行するように前記スキャン部を制御する、
    請求項1の光コヒーレンストモグラフィ装置。
  3. 前記制御部は、前記第1スキャンと前記第2スキャンとを交互に実行するように前記スキャン部を制御する、
    請求項2の光コヒーレンストモグラフィ装置。
  4. 前記制御部は、前記第1スキャンと前記第2スキャンとを単一の断面に交互に適用するように前記スキャン部を制御する、
    請求項3の光コヒーレンストモグラフィ装置。
  5. 前記位相情報処理部は、一の第1スキャンに対応する第1位相画像と、前記一の第1スキャンの直前又は直後に実行された第2スキャンに対応する第2位相画像を平均することによって合成位相情報を生成する、
    請求項3又は4の光コヒーレンストモグラフィ装置。
  6. 前記位相情報処理部は、一の第1スキャンに対応する第1位相画像と、前記一の第1スキャンに対する実行タイミングの差が所定閾値以下である第2スキャンに対応する第2位相画像を平均することによって合成位相情報を生成する、
    請求項1~4のいずれかの光コヒーレンストモグラフィ装置。
  7. 前記位相情報生成部により生成される位相情報は、前記物体の実質的に周期的な変化を表し、
    前記位相情報処理部は、前記変化の一の時相において実行された一の第1スキャンに対応する第1位相画像と、前記一の第1スキャンと実質的に同じ時相において実行された第2スキャンに対応する第2位相画像を平均することによって合成位相情報を生成する、
    請求項1~4のいずれかの光コヒーレンストモグラフィ装置。
  8. 前記光スキャナは、往復的に回動可能な反射ミラーを含み、
    前記制御部は、前記反射ミラーが実質的に等速で回動している間にデータを収集するように前記スキャン部を制御する、
    請求項1~のいずれかの光コヒーレンストモグラフィ装置。
  9. 前記制御部は、前記第1スキャン及び前記第2スキャンの双方を繰り返し実行するように前記スキャン部を制御し、
    前記位相情報生成部は、複数回の第1スキャンにより収集された複数の第1収集データに基づいて複数の第1位相画像を生成し、且つ、複数回の第2スキャンにより収集された複数の第2収集データに基づいて複数の第2位相画像を生成し、
    前記位相情報処理部は、前記複数の第1位相画像と前記複数の第2位相画像とに基づいて、1以上の第1位相画像と1以上の第2位相画像とを含む位相情報群を複数形成し、形成された複数の位相情報群のそれぞれを平均することによって合成位相情報を生成する、
    請求項1~のいずれかの光コヒーレンストモグラフィ装置。
  10. 前記物体は生体であり、
    前記複数の位相情報群に基づき前記位相情報処理部により生成された複数の合成位相情報に基づいて、前記生体の血流動態を表す血流情報を生成する血流情報生成部を更に含む、
    請求項の光コヒーレンストモグラフィ装置。
  11. 光スキャナを介して物体に光コヒーレンストモグラフィ(OCT)スキャンを適用するスキャン部と、プロセッサとを含む光コヒーレンストモグラフィ装置を制御する方法であって、
    前記スキャン部に、前記物体の断面を第1スキャン方向にスキャンする第1スキャンを少なくとも1回実行させ、
    前記スキャン部に、前記第1スキャン方向とは反対の第2スキャン方向に前記物体の断面をスキャンする第2スキャンを少なくとも1回実行させ、
    前記プロセッサに、前記少なくとも1回の第1スキャンにより収集された少なくとも1つの第1収集データに基づいて少なくとも1つの第1位相情報を生成させ、
    前記プロセッサに、前記少なくとも1回の第2スキャンにより収集された少なくとも1つの第2収集データに基づいて少なくとも1つの第2位相情報を生成させ、
    前記プロセッサに、前記少なくとも1つの第1位相情報と前記少なくとも1つの第2位相情報とを平均することによって合成位相情報を生成させ、
    前記プロセッサに前記第1位相情報を生成させるステップは、前記第1スキャンにおいて隣接する走査点に対応する信号の位相差を算出することによって位相差の時系列変化を表す第1位相画像を形成させ、
    前記プロセッサに前記第2位相情報を生成させるステップは、前記第2スキャンにおいて隣接する走査点に対応する信号の位相差を算出することによって位相差の時系列変化を表す第2位相画像を形成させ、
    前記プロセッサに前記合成位相情報を生成させるステップは、前記少なくとも1回の第1スキャンに対応する少なくとも1つの第1位相画像と、前記少なくとも1回の第2スキャンに対応する少なくとも1つの第2位相画像とを平均することによって合成位相情報を生成させる、
    光コヒーレンストモグラフィ装置の制御方法。
  12. 請求項11の制御方法をコンピュータに実行させるプログラム。
  13. 光スキャナを介して物体に光コヒーレンストモグラフィ(OCT)スキャンを適用することによりデータを取得する光計測方法であって、
    前記物体の断面を第1スキャン方向にスキャンする第1スキャンを少なくとも1回実行し、
    前記第1スキャン方向とは反対の第2スキャン方向に前記物体の断面をスキャンする第2スキャンを少なくとも1回実行し、
    前記少なくとも1回の第1スキャンにより収集された少なくとも1つの第1収集データに基づいて少なくとも1つの第1位相情報を生成し、
    前記少なくとも1回の第2スキャンにより収集された少なくとも1つの第2収集データに基づいて少なくとも1つの第2位相情報を生成し、
    前記少なくとも1つの第1位相情報と前記少なくとも1つの第2位相情報とを平均することによって合成位相情報を生成し、
    前記第1位相情報を生成するステップは、前記第1スキャンにおいて隣接する走査点に対応する信号の位相差を算出することによって位相差の時系列変化を表す第1位相画像を形成し、
    前記第2位相情報を生成するステップは、前記第2スキャンにおいて隣接する走査点に対応する信号の位相差を算出することによって位相差の時系列変化を表す第2位相画像を形成し、
    前記合成位相情報を生成するステップは、前記少なくとも1回の第1スキャンに対応する少なくとも1つの第1位相画像と、前記少なくとも1回の第2スキャンに対応する少なくとも1つの第2位相画像とを平均することによって合成位相情報を生成する、
    光計測方法。
  14. 請求項13の光計測方法を光コヒーレンストモグラフィ装置に実行させるプログラム。
  15. 請求項12又は14のプログラムが記録されたコンピュータ可読な非一時的記録媒体。
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