JPWO2015129718A1 - 画像処理装置、画像処理方法、及び画像処理プログラム - Google Patents

Abstract

ＯＣＴを用いて撮影された複数の網膜層の内、ある所定の網膜層の湾曲を示す湾曲線Ｌ６が生成され、生成された湾曲線が傾斜のない平坦な線Ｌ７となるように網膜層の画素位置を補正するための補正量Δｚｉが演算される。この補正量に応じて各網膜層の画素位置が補正され、各網膜層が傾斜のない網膜層となるような断層画像が生成される。深さが同じ網膜層を観察することができ、また、網膜層が傾斜していないので、層厚を正しく評価することができ、効率的な診断を行うことができる。

Description

本発明は、断層像撮影装置などで撮影した断層画像を処理して診断用画像に適した画像を生成するための画像処理装置、画像処理方法、及び画像処理プログラムに関する。

眼科診断装置の一つで、眼底の断層像を撮影するＯＣＴ(Optical Coherence Tomography)という光干渉を利用した断層像撮影装置がある。このような断層像撮影装置により、眼底の左右方向をｘ方向、縦方向をｙ方向、奥行きをｚ方向として、ｘｚ方向の断層画像（Ｂスキャン画像）を取得することができる。一般的なＯＣＴの撮影を行えば、例えば４０枚/秒の速度で断層像が撮影され、一度の検査（網膜中のある一部分での撮影）で１００枚以上の網膜の断層画像が取得できる。

網膜は網膜色素上皮層、神経線維層など複数の網膜層から構成されており、各網膜の層厚は、網膜のｘ方向の位置においてそれぞれ異なるので、眼底網膜層は、断層画像では湾曲した層として撮影される。

下記特許文献１あるいは２には、撮影モードに応じて断層画像から網膜の湾曲程度を表す情報を得るための解析を行い、該解析に基づいて曲率マップ、曲率グラフ、層厚マップなどを表示する構成が記載されている。

また、下記特許文献３には、眼底の２次元画像上の画像領域の各位置における眼底の所定部位の厚さを示す眼底厚グラフを表示する構成が記載されている。

特開２０１３−１５３８８０号公報 特開２０１３−１５３８８２号公報 特許第５０９５１６７号公報

上述したように、断層像撮影装置では、眼底網膜は湾曲した傾斜した層として撮影されるので、正面画像（ｘｙ方向の投影画像、En Face画像）は深さが異なる層の画素画像から構成されている。従って、網膜層が傾斜した断層画像から正面画像を作成したときには、異なる深さの網膜層が観察されるので、網膜層の構造が観察しにくい、という問題がある。また、網膜層が傾斜しているので、層厚を正しく評価しにくく、効率的な診断を行うことができない、という問題があった。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、眼底の網膜断層構造の観察を容易にし、眼科疾患の診断を効率的に行うことが可能な画像を生成することができる画像処理装置、画像処理方法、及び画像処理プログラムを提供することを、その課題とする。

本発明は、眼底の複数網膜層の断層画像を処理する画像処理装置及び画像処理方法であって、前記複数の網膜層の内、ある所定の網膜層の湾曲を示す湾曲線を生成すること、前記生成された湾曲線が傾斜のない平坦な線となるように網膜層の画素位置を補正するための補正量を演算すること、前記補正量に応じて各網膜層の画素位置を補正し、各網膜層が傾斜のない網膜層となるような断層画像を生成することを特徴とする。

本発明では、各網膜層が傾斜のない網膜層となるような断層画像を生成することができるので、各網膜層が同じ深さの位置にある正面画像を作成することができ、正面画像において網膜層の構造が観察しやすくなる。また、網膜層が傾斜しておらず、層厚の比較が容易になることから、薄い網膜層であっても層厚を正しく評価することができ、効率的な診断を行うことができる、という効果が得られる。

被検眼眼底の断層画像を取得して画像処理するシステム全体を示すブロック図である。 ＯＣＴユニットの構成を示す構成図である。 本発明の画像処理の流れを示したフローチャートである。 眼底を信号光で走査する状態を示した説明図である。 複数枚の断層画像を取得する状態を示した説明図である。 複数枚の断層画像から得られた読影用の断層画像を示す説明図である。 網膜層が傾斜して撮影された断層画像とその正面画像、並びに傾斜が補正された断層画像並びにその正面画像を示した説明図である。 網膜層が傾斜して撮影された断層画像の補正を説明する説明図である。 正面画像を取得する過程を示した説明図である。

以下、図面を参照しながら実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。ここでは、処理の対象となる画像は、被検眼眼底の網膜層の断層画像を例にして説明するが、本発明における処理の対象となる画像は、これに限定されるものでなく、他の断層画像にも適用されるものである。

図１は、被検眼眼底の断層像を撮影する断層像撮影装置全体を示すブロック図である。符号１で示すものは、被検眼Ｅの眼底（網膜）Ｅｒを観察及び撮像する眼底撮影ユニット１であり、照明光学系４、撮影光学系５、走査ユニット６を備えている。

照明光学系４は、ハロゲンランプ等の観察光源とキセノンランプ等の撮影光源を備え、これらの光源からの光は照明光学系４を介して眼底Ｅｒに導かれて眼底Ｅｒを照明する。撮影光学系５は、対物レンズ、撮影レンズ、合焦レンズなどの光学系、ＣＣＤ等の撮像装置を備え、眼底Ｅｒにより反射された撮影光を撮影光路に沿って撮像装置に導き、眼底Ｅｒを撮影する。

撮影光学系５は後述する眼底Ｅｒにより反射された信号光を走査ユニット６を介してＯＣＴユニット（断層像撮影ユニット）２に導く。走査ユニット６は、ＯＣＴユニット２の低コヒーレンス光源２０からの光を図１のｘ方向（水平方向）及びｙ方向（垂直方向）に走査するための公知のガルバノミラーなどを備えた機構である。

眼底撮影ユニット１は、コネクタ７及び接続線８を介して眼底Ｅｒの断層像を撮像するＯＣＴユニット２と光学的に接続されている。

ＯＣＴユニット２は、例えばフーリエドメイン方式（スペクトラルドメイン法）で動作する公知のもので、図２にその詳細な構成が図示されており、波長が７００ｎｍ〜１１００ｎｍで数μｍ〜数十μｍ程度の時間的コヒーレンス長の光を発光する低コヒーレンス光源２０を有する。

低コヒーレンス光源２０で発生した低コヒーレンス光ＬＯは、光ファイバ２２ａにより光カプラ２２に導かれ、参照光ＬＲと信号光ＬＳに分割される。参照光ＬＲは、光ファイバ２２ｂ、コリメータレンズ２３、ガラスブロック２４、濃度フィルタ２５を経て光路長を合わせるための光軸方向に移動可能な参照ミラー２６に到達する。ガラスブロック２４、濃度フィルタ２５は、参照光ＬＲと信号光ＬＳの光路長（光学距離）を合わせるための遅延手段として、また参照光ＬＲと信号光ＬＳの分散特性を合わせるための手段として機能する。

信号光ＬＳは、接続線８に挿通された光ファイバ２２ｃにより眼底撮影ユニット１に導かれ、図１の走査ユニット６、撮影光学系５を経由して眼底Ｅｒに到達し、眼底を水平方向（ｘ方向）並びに垂直方向（ｙ方向）に走査する。眼底Ｅｒに到達した信号光ＬＳは、眼底Ｅｒで反射し、上記の経路を逆にたどって光カプラ２２に戻ってくる。

参照ミラー２６で反射した参照光ＬＲと眼底Ｅｒで反射した信号光ＬＳは、光カプラ２２により重畳され干渉光ＬＣとなる。干渉光ＬＣは、光ファイバ２２ｄによりＯＣＴ信号検出装置２１に導かれる。干渉光ＬＣは、ＯＣＴ信号検出装置２１内でコリメータレンズ２１ａで平行な光束とされたのち、回折格子２１ｂに入射し分光され、結像レンズ２１ｃによりＣＣＤ２１ｄに結像される。ＯＣＴ信号検出装置２１は、分光された干渉光により眼底の深度方向（ｚ方向）の情報を示すＯＣＴ信号を発生する。

断層像撮影装置には、例えば、眼底撮影ユニット１に内蔵されたマイクロコンピュータ、あるいは眼底撮影ユニット１と接続されたパーソナルコンピュータ等によって構成される画像処理装置３が設けられる。画像処理装置３には、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどで構成された制御演算部３０が設けられ、制御演算部３０は画像処理プログラムを実行することにより、全体の画像処理を制御する。

表示部３１は、例えば、ＬＣＤなどのディスプレイ装置によって構成され、画像処理装置３で生成あるいは処理された断層画像や正面画像などの画像を表示したり、被検者に関する情報などの付随情報などを表示する。

入力部３２は、例えば、マウス、キーボード、入力ペンなどの入力手段で、表示部３１に表示された画像に対して入力操作を行う。また、操作者は入力部３２により画像処理装置３などに指示を与えることができる。

断層画像形成部４１は、フーリエドメイン法（スペクトラルドメイン法）などの公知の解析方法を実行する専用の電子回路、または、前述のＣＰＵが実行する画像処理プログラムにより実現され、ＯＣＴ信号検出装置２１が検出したＯＣＴ信号に基づいて、眼底Ｅｒの断層画像を形成する。断層画像形成部４１で形成された断層画像は、例えば半導体メモリ、ハードディスク装置等により構成された記憶部４２に格納される。記憶部４２は、さらに上述した画像処理プログラムなども格納する。

画像処理部５０は、湾曲線生成手段５１、補正量演算手段５２、補正断層画像生成手段５３を有する。湾曲線生成手段５１は、入力部３２で複数の網膜層の内、ある所定の網膜層の湾曲を示す部分、例えば、所定網膜層の境界線上の点または境界線近傍の点が指定されると、その指定された部分から網膜層の湾曲を示す湾曲線を生成する。あるいは、湾曲線生成手段５１は、公知の輪郭抽出手法等を用いて網膜層の形状を抽出することにより、網膜層の湾曲を示す湾曲線を生成する。

補正量演算手段５２は、湾曲線生成手段５１で生成された湾曲線が傾斜のない平坦な線となるように網膜層の画素位置を補正するための補正量を演算する。また、補正断層画像生成手段５３は、補正量演算手段５２で演算された補正量に応じて他の網膜層の画素位置をそれぞれ補正し、各網膜層が傾斜のない網膜層となるような断層画像を生成する。

次に、本実施例での画像処理を図３に示すフローチャートを参照しながら説明する。この画像処理は、制御演算部３０が記憶部４２に格納された画像処理プログラムを読み出して実行することにより行われる。

ステップＳ１において、網膜層の断層像を撮影するとき、被検眼Ｅと眼底撮影ユニット１のアライメントを行い、眼底Ｅｒにピントが合わされる。この状態で、低コヒーレンス光源２０をオンにして、ＯＣＴユニット２からの信号光を走査ユニット６でｘ，ｙ方向に掃引し、眼底Ｅｒを走査する。この状態が図４に図示されており、網膜の黄斑部が存在する領域Ｒが、ｘ軸と平行な方向に、それぞれｍ本の走査線ｙ１、ｙ２、・・・、ｙｍで走査される。

眼底Ｅｒで反射された信号光ＬＳは、ＯＣＴユニット２で参照ミラー２６で反射された参照光ＬＲと重畳される。それにより干渉光ＬＣが発生し、ＯＣＴ信号検出装置２１からＯＣＴ信号が発生する。断層画像形成部４１は、このＯＣＴ信号に基づいて眼底Ｅｒの断層画像を形成し（ステップＳ２）、形成された断層画像は記憶部４２に格納される。

図５（ａ）には、走査線ｙｉ（ｉ＝１〜ｍ）で得られたｘｚ方向の断層画像（Ｂ−スキャン像）の異なる時間ｔｉ（ｉ＝１〜Ｎ）での断層画像Ｔｉ（ｉ＝１〜Ｎ）が図示されている。ｔｉとｔ(ｉ＋１)の時間間隔は次の同じ走査線ｙｉの走査までに要する時間に相当する。これらの断層画像Ｔｉは、時間ｔｉ毎に形成され、同じｙｉの座標位置での断層画像として記憶部４２に順次格納される。Ｎ枚の断層画像Ｔｉは、例えば平均されてｙｉの座標位置での読影用断層画像とされ、それぞれ走査線ｙｉ（ｉ＝１〜ｍ）での読影用断層画像がｍ枚形成される。

図５（ｂ）には、同じ走査線ｙｉでの読影に用いられる断層画像ＴＤが示されており、同図で一点鎖線で示した黄斑部付近の断層画像が図６の左上に拡大されて図示されている。各図には、複数の網膜層が断層像として撮影されており、符号Ｌ１〜Ｌ５は、それぞれ網膜層の境界面での湾曲線を示している。各網膜の層厚は、網膜のｘ方向の位置においてそれぞれ異なるので、各網膜層は断層画像では湾曲した層として水平方向（ｘ方向）に対して斜め下方に傾斜して撮影される。

図８には、断層画像を形成する過程で得られる各種の画像が、画素のみを立体的に図示して模式的に図示されている。（ａ）はｘ方向のある画素位置でのＯＣＴ信号から得られる深さ方向（ｚ方向）の画像でＡスキャン画像と呼ばれており、（ｂ）はすべてのｘ方向の画素位置でのＯＣＴ信号から得られる図５（ａ）、（ｂ）と同様な断層画像で、Ｂスキャン画像と呼ばれている。また、（ｃ）はＦ１〜Ｆ５で示した断層画像（Ｂスキャン画像）をｙ方向に結合して得られる３次元画像であり、（ｄ）は同じ深さ（ｚ方向）に位置する（ｘ、ｙ）座標の画素から、平均値、最大値などを算出して得られる画像で、正面画像（En Face画像）と呼ばれている。

上述したように、各網膜層は図６の左上に示したように、断層画像では、湾曲した層として斜め下方に傾斜して撮影される。この断層画像でｚ方向がｚｉの座標位置での正面画像を作成すると、右上に図示したような画像が得られる。ここでは、一点鎖線で図示したようにｚｉの座標位置での（ｘ、ｙ）座標の画素をｚ方向に幅を持たせてその間の画素の平均値あるいは最大値を画素画像として正面画像が作成されている。また、正面画像で一点鎖線で示したｙｉの座標位置での断層画像が左の断層画像に対応している。

このように、各網膜層が傾斜した断層画像として撮影されると、各網膜層のｘ方向の位置での深さが異なるので、図６の右上に示したように、深さが異なる他の網膜層の画像を観察することになり、正面画像として観察しにくく、また、網膜像が傾斜しているので、層厚を正しく評価することが困難になり、効率的な診断を行うことができない、という欠点がある。

そこで、本実施例では、図７に示したように湾曲補正を行って、各網膜層が傾斜のない平坦な網膜層となるような断層画像を生成する。そのために、入力部３２のマウス、入力ペンなどの入力手段を用いて、図７の左側に示したように、所定網膜層、ここでは最下部の網膜層の下方境界線Ｌ５上または該境界線近傍に黒丸で示したような点を指定する。湾曲線生成手段５１は、これらの点間をスプライン曲線などで曲線補間して最下部の網膜層の下方境界線Ｌ５の湾曲を示す下方境界線Ｌ５と同様な湾曲線Ｌ６を生成する（ステップＳ３）。湾曲線生成手段５１は、入力手段を用いて指定された点から湾曲線を生成するのでなく、公知の輪郭抽出手法等を用いて網膜層の形状を抽出することにより、網膜層の湾曲を示す湾曲線Ｌ６を生成することもできる。

湾曲線Ｌ６が生成されると、補正量演算手段５２により、湾曲線Ｌ６が傾斜のない平坦な線、例えば水平方向（ｘ方向）に真直ぐ延びる直線Ｌ７となるように、網膜層の画素位置を補正するための補正量が演算される（ステップＳ４）。ｘｉの画素位置（座標位置）の補正量は、ｘｉの画素位置での垂直線と湾曲線Ｌ６が交わる点のｚ座標をｚ２、直線Ｌ７と交わるｚ座標をｚ３とすると、ｘｉの画素位置での補正量Δｚｉは、Δｚｉ＝ｚ２−ｚ３となる。このような補正量Δｚｉを、ｘｉ（ｉ＝１〜ｎ）の各画素位置において演算する。

補正量Δｚｉが求まると、補正断層画像生成手段５３は、ｘｉ（ｉ＝１〜ｎ）の各画素位置において、画素位置ｘｉでの垂直線と最上部の網膜層の上方境界線Ｌ１が交わる画素位置ｚ１と、最下部の網膜層の下方境界線Ｌ５、つまり湾曲線Ｌ６が交わる画素位置ｚ２間にあるすべての画素（図７で黒の正方形で図示）の位置をｚ方向にΔｚｉだけ減算する。この減算をｘｉ（ｉ＝１〜ｎ）のｚ方向の各画素位置において行うと、図７の右側に示したように、各網膜層が水平方向に対して傾斜のない網膜層となり、境界線がＬ１’〜Ｌ５’に補正された断層画像を生成することができる（ステップＳ５）。

各網膜層が傾きのない断層画像に補正されると、図６の左下に図示したような断層画像が生成され、このような補正された断層画像から、ｚｉの座標位置での正面画像が作成される。このように補正された断層画像、及び補正された断層画像から生成される正面画像は、それぞれ単独に、あるいは図６の下方に示したように、左右に並べて表示部３１に表示することができる（ステップＳ６）。

傾斜が補正された断層画像から正面画像を作成すると、図６の右下に図示したように、ほぼ水平に延びる同じ深さ位置（ｚｉ）にある網膜層の正面画像を観察することができる。従って、正面画像において網膜断層構造の観察が容易になり、また、網膜層が傾斜していないので、層厚の比較が容易になることから、薄い網膜層であっても層厚を正しく評価することができ、効率的な診断を行うことができる。

なお、上述した実施例では、ｘｉ（ｉ＝１〜ｎ）の全ての画素位置において補正量Δｚｉを演算してからｘｉ（ｉ＝１〜ｎ）でのｚ方向の各画素の位置を補正したが、ｘｉ（ｉ＝１〜ｎ）のそれぞれの画素位置において補正量Δｚｉを求めるごとに、そのｘｉでのｚ方向の各画素の位置を補正するようにしてもよい。

また、上述した実施例では、最下部の網膜層の下方境界線Ｌ５の複数点を指定することにより湾曲線を生成したが、他の網膜層ないしその境界線の湾曲部を指定して湾曲線を生成するようにしてもよい。その場合、例えば境界線Ｌ３、Ｌ４のように途中で曲率の大きい湾曲部がある場合、そのような湾曲部は指定しないようにする。

また、上述した実施例では、網膜層の一つ（境界線Ｌ５）が直線となるように補正を行ったが、この直線には、ｘ方向に異なる深さ位置にあった網膜層がほぼ同じ深さ位置になるような正面画像が生成できるような一部に曲線を有する平坦な線も含まれるものである。

１ 眼底撮影ユニット
２ ＯＣＴユニット
３ 画像処理装置
４ 照明光学系
５ 撮影光学系
６ 走査ユニット
２０ 低コヒーレンス光源
２１ ＯＣＴ信号検出装置
３０ 制御演算部
３１ 表示部
３２ 入力部
４１ 断層画像形成部
４２ 記憶部
５０ 画像処理部
５１ 湾曲線生成手段
５２ 補正量演算手段
５３ 補正断層画像生成手段

Claims (10)

1. 眼底の複数網膜層の断層画像を処理する画像処理装置であって、
   前記複数の網膜層の内、ある所定の網膜層の湾曲を示す湾曲線を生成する湾曲線生成手段と、
   前記生成された湾曲線が傾斜のない平坦な線となるように網膜層の画素位置を補正するための補正量を演算する補正量演算手段と、
   前記補正量に応じて各網膜層の画素位置を補正し、各網膜層が傾斜のない網膜層となるような断層画像を生成する補正断層画像生成手段と、
   を備えることを特徴とする画像処理装置。
2. 前記湾曲線が、前記所定の網膜層の境界線上の点または境界線近傍の点を複数指定し、各点間を曲線補間することにより生成されることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
3. 前記湾曲線が、輪郭抽出手法を用いて網膜層の形状を抽出することにより生成されることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
4. 前記補正断層画像生成手段により生成された断層画像から正面画像を生成することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の画像処理装置。
5. 前記生成された正面画像を、単独にあるいは補正断層画像生成手段により生成された断層画像とともに表示する表示部が設けられることを特徴とする請求項４に記載の画像処理装置。
6. 眼底の複数網膜層の断層画像を処理する画像処理方法であって、
   前記複数の網膜層の内、ある所定の網膜層の湾曲を示す湾曲線を生成する湾曲線生成工程と、
   前記生成された湾曲線が傾斜のない平坦な線となるように網膜層の画素位置を補正するための補正量を演算する補正量演算工程と、
   前記補正量に応じて各網膜層の画素位置を補正し、各網膜層が傾斜のない網膜層となるような断層画像を生成する補正断層画像生成工程と、
   を備えることを特徴とする画像処理方法。
7. 前記湾曲線が、前記所定の網膜層の境界線上の点または境界線近傍の点を複数指定し、各点間を曲線補間することにより生成されることを特徴とする請求項６に記載の画像処理方法。
8. 前記湾曲線が、輪郭抽出手法を用いて網膜層の形状を抽出することにより生成されることを特徴とする請求項６に記載の画像処理方法。
9. 前記補正断層画像生成手段により生成された断層画像から正面画像を生成することを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に記載の画像処理方法。
10. 請求項６から９のいずれか１項に記載の画像処理方法をコンピュータで実行させることを特徴とする画像処理プログラム。

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