WO2006080217A1

WO2006080217A1 - 眼科装置

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Publication number: WO2006080217A1
Application number: PCT/JP2006/300629
Authority: WO
Inventors: Naoko Hara; Hisashi Kataoka; Chihiro Kato
Original assignee: Tomey Corporation
Priority date: 2005-01-31
Filing date: 2006-01-18
Publication date: 2006-08-03
Also published as: US20080309872A1; US7661820B2; EP1844702A1; JP4624122B2; EP1844702A4; EP1844702B1; JP2006204773A

Abstract

　本発明は、被検眼の角膜表面に形成される涙液層の状態を測定する眼科装置において、角膜表面に形成される涙液層の状態を非侵襲的に計測し、かつ、網膜からの反射像を利用することなく涙液層の状態を定量的に測定することを可能とする。　本発明の眼科装置は、角膜表面に所定パターンの光を投光する投光光学系と、投光された光の角膜表面からの反射像を撮影する撮像装置を有している。演算装置は、撮像装置で撮影された画像の濃度値分布に基づいて撮影された反射像の歪み度を算出する。演算装置は、算出された歪み度を用いて涙液層の状態を判定することができる。

Description

明細書

眼科装置

技術分野

[0001] 本発明は眼科装置に関する。詳しくは、角膜表面に形成される涙液層の状態を評価することができる眼科装置に関する。

背景技術

[0002] 角膜表面や角膜形状を観察'測定する眼科装置としては、ケラトメータや角膜形状解析装置等が知られている。一般的に、この種の眼科装置では、角膜表面に任意のノ《ターンの光を投光する。そして、そのノターン光の角膜表面からの反射像を観察' 撮影'解析することで、角膜表面の状態や角膜形状等が測定される。

角膜表面は通常、涙液等に覆われ、その表面にはなめらかな液状の層（涙液層）が形成されている。涙液層は、瞬目して開瞼した後、まぶたを開け続けると、時間の経過に伴って徐々に厚みが減少し、やがて消滅する。モニタ等を長時間凝視した場合、まばたきの回数が減り、涙液層が消失した状態 (いわゆる、ドライアイと呼ばれる乾燥状態)となる。また、モニタ等を凝視しない場合でも、涙液層の消失する速度には個人差があり、短時間で乾燥状態となってしまう人々もいる。このように短時間でドライアイとなる人々は、日常生活において角膜またはまぶたに異物感を感じ、眼科を受診することが多い。

眼科においてドライアイ状態を主訴する人々を診察する場合、角膜表面上に形成される涙液層の状態を測定し、その時間変化を観察することが重要となる。開瞼後の涙液層の経時的な変化を捉えることで、涙液層の消失状況を知ることができるためである。このため、角膜表面に形成される涙液層の状態を測定するための眼科装置が開発されている（例えば、特開 2000— 237135号，特開 2004— 321508号)。

[0003] 特開 2000— 237135号に記載の眼科装置は、投光光学系と受光光学系により構成されている。この眼科装置は、被検眼を観察するための細隙灯顕微鏡と CCDカメラ等を備える。この眼科装置では、被検眼に蛍光染色液を点眼し、角膜表面の蛍光反射の濃淡を CCDカメラで撮影する。そして、撮影された蛍光反射の強度を予め設定された閾値と比較して乾燥領域を特定し、その特定された乾燥領域の面積をモニタに表示する。この眼科装置は、涙液層の乾燥状態を定量的に評価するものではあるが、角膜に蛍光染色液を点眼しなければならず、侵襲的検査となっている。

なお、特開 2000— 237135号の段落 (0033)には、被検眼に蛍光染色液を点眼することなくドライアイ状態を測定できる旨が記載されている。すなわち、ハロゲンランプの照明のみで撮影される画像から、涙液層の表面からの反射と涙液層の裏面からの反射による干渉模様を観察し、その経時変化力角膜表面の乾燥度を検出することができる旨が記載されている。しかしながら、角膜表面全体を均一に照明し、涙液層の表面と涙液層の裏面力の反射による干渉模様を観察することは容易ではなく、角膜表面の乾燥度を精度良く検出することはできない。このため、ドライアイ状態を正確に診断するためには蛍光染色液が不可欠であった。

[0004] 特開 2004— 321508号に記載の眼科装置では、被検眼に適当な光束を投光し、角膜表面及び網膜からの反射像を CCDカメラで撮影する。そして、涙液層の乾燥の程度により角膜形状及び波面収差が変化することを利用して、涙液層の状態を定量解析する。このため、この眼科装置によれば、非侵襲的に涙液層の状態を検査することができる。し力しながら、この眼科装置では網膜からの反射を利用しているため、測定上の制約を種々に有している。例えば、白内障の患者を検査する場合、白内障の程度によって眼球内部での光の散乱が大きくなり、 CCDカメラで観察される反射光束に影響が現れる。また、原理上、瞳孔径によって計測範囲が制約を受けてしまう

発明の開示

[0005] 本発明は、角膜表面に形成される涙液層の状態を非侵襲的に計測でき、かつ、網膜からの反射像を利用することなく涙液層の状態を定量的に測定することができる眼科装置を提供することを目的とする。

[0006] 本発明に係る眼科装置は、角膜表面に所定パターンの光を投光する投光光学系と、投光された光の角膜表面からの反射像を撮影する撮像装置 (例えば、 CCDカメラ等)を備える。この眼科装置は、さらに、撮像装置で撮影された画像の濃度値分布に基づいて反射像の歪み度を算出し、その算出された歪み度を用いて涙液層の状態を判定する演算装置 (プロセッサ、マイクロプロセッサ、コントローラ等）を備えている。この眼科装置では、被検眼の角膜表面に所定パターン (例えば、リング状パターン、格子状パターン等)の光を投光し、角膜表面力もの反射像 (例えば、リング像、格子像等)を撮影する。涙液層の状態が変化すると、撮像装置で撮影される反射像も変化し、撮影される反射像が歪む。この眼科装置では、撮像装置で撮影される反射像の歪みを利用して涙液層の状態を判定する。反射像の歪みは、角膜表面力の反射像を撮影した画像の濃度値分布に基づいて算出することができ、網膜からの反射像を利用する必要はない。

また、被検眼の角膜表面には所定パターンの光が投光されるため、撮影される画像には、濃度値の高い部分 (光が投光された部分)と、濃度値の低い部分 (光が投光されていない部分）が含まれる。このため、反射像の歪みを精度よく算出することができ、蛍光染色液を用いることなく涙液層の状態を定量的に評価することができる。

[0007] 演算装置は、撮影された画像内で所定の位置関係にある画素間の濃度値の関係から、反射像の歪み度を算出することができる。例えば、角膜表面に直線状のパターン光を投光した場合にぉ、て反射像の歪み度が低ければ、その直線状のパターン光に沿った方向の画素間の濃度値は略同一の濃度値となる。一方、反射像の歪み度が高くなると、その直線状のパターン光に沿った方向の画素間の濃度値も同一の濃度値とはならない。そこで、直線状のパターン光に沿った方向の画素間の濃度値が同一となる程度を評価することで、反射像の歪み度を得ることができる。

したがって、角膜表面に投光するパターン光に応じて上記「所定の位置関係」を設定し、その「所定の位置関係」となる画素間の濃度値の関係を求めることで、反射像の歪み度を算出することができる。

[0008] また、演算装置は、撮影された画像の濃度値分布に基づ!、て同時濃度生起行列を算出し、その算出された同時濃度生起行列から歪み度を算出することもできる。同時濃度生起行列を用いることで、撮影された画像中の構造的な特徴を表現でき、反射像の歪み度を正確に算出することができる。同時濃度生起行列を利用する場合、同時濃度生起行列を用いて算出されるコントラスト、テクスチャーの一様性、濃淡対の相関、あるいはエントロピ一により歪み度を算出することができる。また、撮影された画像のフラクタル次元 (複雑さをあらわす指標)を用いて歪み度を算出することもできる。あるいは、濃度ヒストグラムを用いて歪み度を算出してもよい。さらに、上記の各指標（コントラスト、テクスチャーの一様性、濃淡対の相関、ェントロピー、フラクタル次元、濃度ヒストグラム等）のいくつかを組み合わせて歪み度を算出することちでさる。

[0009] さらに、演算装置は、上述した以外の方法によって反射像の歪み度を算出することができる。例えば、撮影された画像を、濃度値の高い画素 (パターン光を反射する部分）と、濃度値の低い画素 (パターン光を反射していない部分）に 2値ィ匕する。そして、濃度値の高い画素によって構成されるパターンを細線ィ匕し (例えば、中心線の抽出を行い）、その細線ィ匕されたパターンの形状に基づいて歪み度を算出することができる。例えば、リング状のパターン光を投光した場合、各リングについて細線ィ匕し、細線ィ匕されたリングの真円度を算出する。そして、算出された真円度を歪み度を表す指標 (パラメータ）とする。

あるいは、格子状のパターン光を投光した場合においては、細線化された各ラインについて直線度を算出し、その直線度を歪み度を表す指標 (パラメータ）とすることができる。直線度としては、例えば、細線ィ匕されたパターン上の各点の座標を (x、 y)としたときの dyZdx (又は dxZdy)の絶対値を x方向（又は y方向）に積分した値を用いることがでさる。

また、涙液層の状態の変化が激しくなるとパターンが途切れる場合が生じるため、細線ィ匕されたパターンが途切れている点の数によって歪み度を算出することもできるまた、角膜表面の複数個所に点状の光を投光し、反射像の座標変化の程度を歪み度の指標として用いることもできる。

[0010] 上記眼科装置においては、演算装置によって撮像装置を制御することができる。この場合、演算装置は、撮像装置に角膜表面力の反射像を所定の時間間隔で繰り返し撮影させる。そして、演算装置は、撮影された画像のそれぞれについて歪み度を算出することが好ましい。かかる場合、演算装置は、撮影された画像の 1つを基準画像とし、その基準画像に対する歪み度の変化量が設定された閾値を超えたときに、涙液層が所定の状態 (例えば、ドライスポットが現れた状態）になったと判定することができる。

このような構成では、撮影によって得られた複数の画像の 1つを基準画像とし、基準画像の歪み度と他の画像の歪み度の変化量から涙液層の状態を判定する。反射像の歪み度の変化量を利用することで、涙液層の状態の経時的変化を評価することができる。

また、算出された歪み度の変化量を利用して、（1)ブレークアップ (ドライスポットが現れる）までの時間、（2)ブレークアップする速度、（3)ブレークアップした面積、（4) ブレークアップ率等を算出することもできる。これらの指標によってドライアイ状態を総合的に評価することができる。

[0011] なお、涙液層が所定の状態となったか否かを判定する閾値は変更できることが好ましい。また、閾値の変更は、人によって操作可能な入力装置によって入力されることが好ましい。

このような構成〖こよると、眼科医は被検者に応じて適切な閾値を設定し、検査を行うことができる。

[0012] また、上記眼科装置においては、撮像装置で撮影される画像に複数の領域を設定することができる。そして、演算装置は、設定領域毎に歪み度を算出し、算出された設定領域毎の歪み度の変化量に基づいて涙液層の状態を判定することが好ましい。このような構成によると、角膜表面上の位置と、その位置における涙液層の状態とを定量的に評価することができる。例えば、角膜表面のどの位置力ドライスポットが発生して！/ヽるカゝ等を知ることができる。

[0013] また、上記眼科装置においては、演算装置は、撮像装置で撮影された 1番目の画像を基準画像として、撮影順に歪み度の変化量を算出しながら涙液層が所定の状態となったカゝ否かを判定することが好ましい。この場合、演算装置は、涙液層が所定の状態になったと判定したときは、それ以降に撮影されている画像については判定を行わないようにしてもよい。

このような構成〖こよると、瞬目した直後に撮影された画像を基準画像とするため、涙液層の経時変化を正確に評価することができる。また、涙液層の状態が所定の状態と判定した後は処理を行わな、ため、効率的に涙液層の状態を評価することができる。

図面の簡単な説明

[0014] [図 1]本実施形態に係る眼科装置の光学系の全体構成を示す模式図である。

[図 2]図 1に示す光学系に配置されるコーンの斜視図である。

[図 3]コーンによって投光される投光パターンを示す図である。

[図 4]図 1に示す眼科装置の制御系の構成を示すブロック図である。

[図 5]角膜表面に形成される涙液層の時間的変化を測定するためのフローチャートである。

[図 6]図 5の測定によって撮影される連続画像を時系列順に表示する図であり、経過時間 t = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10秒の各画像を示している。

[図 7]画像解析処理の手順を示すフローチャートである。

[図 8]同時濃度生起行列 P (i, j)を説明するための図であり、図 8 (a)は画像処理の

δ

対象となる領域を簡略ィ匕して示す図であり、図 8 (b)は図 8 (a)に示す画像に対して δ = (1, 0)として求めた同時濃度生起行列 P (i, j)を示している。

δ

[図 9]実際に撮影された画像である（開瞼直後 (t=0) )。

[図 10]実際に撮影された画像である（開瞼してカゝら 2秒経過後 (t= 2) )。

[図 11]図 9に示す画像を基準画像として、図 10に示す画像につヽて算出された画像特徴量の変化量を表示する図である。

[図 12]撮影された画像内に設定される画像処理の対象となる設定領域を説明するための図であり、図 12 (a)は画像データの中心から周方向に等角度間隔で設定された複数の分割線 L , L · ·とリング像 R , R · ·の両者を模式的に示しており、図 12 (b)

1 2 1 2

は分割線 Lとリング像 Rとの交点 P近傍に設定された設定領域 Tを模式的に示している。

発明を実施するための最良の形態

[0015] 以下、本発明を具現化した一実施形態に係る眼科装置 (角膜形状解析装置）について説明する。

図 1に示すように、本実施形態の眼科装置は、被検眼 Cの角膜に対向して位置決めされるコーン (01)と、コーン (01)の背面に配置された照明装置 (02) (例えば、 LE D等）を備えている。図 2に示すように、コーン (01)は、内部が中空の円錐形状の筒体であり、透明榭脂によって形成されている。コーン (01)の内壁面には同心円状のパターンが印刷された透明フィルムが貼り付けられる。コーン (01)の外壁面には光を反射する塗装が施されている。このため、コーン (01)の背面に配置された照明装置 ( 02)による照明光は、コーン (01)内で散乱し、内壁面に貼り付けられた透明フィルムによって光の一部が遮られ、被検眼 Cの角膜に投光される。これによつて、被検眼の角膜には、図 3に示すような同心円状のパターン光が投光される。なお、コーン (01) によって所望のパターンを投光する方法としては、コーン (01)の内側に所望のパターンを直接切削し、その部分に遮光性の塗装を施す方法を採ることもできる。

照明装置 (02)の背面にはレンズ (03)及びノヽーフミラー（04)が配置される。ハーフミラー（04)には、固視灯点光源 (06)の光がレンズ (05)を介して入射するようになつている。固視灯点光源 (06)の光は、ハーフミラー（04)で反射され、レンズ (03)を透過してコーン (01)に入射する。コーン (01)に入射した光は、コーン (01)の中央開口部から被検眼 Cの角膜に照射される。図 3に示すように、固視灯点光源 (06)の光はコーン (01)によって形成される同心円状パターンの中心に位置するように調整されており、角膜観察時の固視灯となる。また、被検眼 Cの角膜表面で反射された光 (すなわち、角膜表面に投光された同心円状パターンの光と固視灯の光の反射光）は、は、コーン（01)、レンズ（03)及びハーフミラー（04)を透過し、レンズ（07)によつて焦点調整が行われた後に CCDカメラ (08)で観察される。

なお、上述した眼科装置で角膜形状を正確に計測するためには、被検眼 Cの角膜頂点を中心とする同心円状にリングパターンを投光する必要がある。このため、角膜形状計測時には固視灯点光源 (06)を点灯し、その光を被検者に固視させる。検者は CCDカメラ (08)で観察される固視灯点光源 (06)の光が被検眼 Cの角膜の中央となるように、被検眼 Cに対して光学系の位置を調整する。これによつて、被検眼 Cの角膜頂点を中心とする同心円状にリングパターンが投光されることとなる。

上述した眼科装置の制御系の構成について説明する。図 4は本実施形態に係る眼科装置の制御系の構成を示している。図 4に示すように、眼科装置の制御はコント口ーラ（ 12)によって行われて!/、る。

コントローラ（12)は、 CPU12a, ROM 12b, RAM 12c等を備えたコンピュータによつて構成することができる。コントローラ 12には、 CCDカメラ（08)、撮影開始スィッチ (11)、入力装置（13)及びメモリ（10)が接続されている。撮影開始スィッチ（11)と入力装置（13)は検者によって操作される。検者が撮影開始スィッチ（11)を操作すると、コントローラ（12)は所定のプログラムを起動して、角膜表面に形成される涙液層の時間経過に伴う変化量を測定し、ドライアイの状態力否かを判定する。ドライアイの状態か否かを判定するための閾値 (後で詳述する）は、入力装置（13)力も変更すること力 Sできる。閾値を変更することで、被検者の症例に応じた測定を行うことができる。なお、 CCDカメラ (08)によって撮影された画像データはコントローラ（12)に入力され、メモリ（10)に記憶される。

また、コントローラ 12には、照明装置 (02)、固視灯点光源 (06)及び表示装置 (09 )が接続されている。コントローラ（12)は、照明装置 (02)及び固視灯点光源 (06)の ONZOFFを行い、また、 CCDカメラ (08)で撮影された画像等を表示装置 (09)に表示する。

次に、上述した眼科装置を用いて角膜表面に形成される涙液層の時間的変化を測定する手順について説明する。図 5は測定手順を示すフローチャートである。

図 5に示すように、まず、検者は固視灯点光源 (06)を点灯し、被検者に固視灯を固視するよう指示する（S01)。固視灯点光源 (06)が点灯されると、 CCDカメラ (08) で観察される画像が表示装置 (09)に表示される。表示装置 (09)には、固視灯点光源 (06)による輝点と、被検眼 Cの角膜の画像が表示される。なお、固視灯点光源 (0 6)と照明装置 (02)の点灯は同時に行うようにしてもよい。

次に、検者は表示装置 (09)に表示される被検眼の前眼部が画面上の中央に位置するように (すなわち、固視灯点光源 (06)による反射光が角膜 Cの中央に位置決めされるように）、被検眼 Cに対して光学系の位置調整を行う（S02)。

光学系の位置調整が終了すると照明装置 (02)を点灯し、被検眼 Cの角膜表面に同心円状のパターン光を投光する（S03)。次に、検者は、被検者にいったん閉瞼させて均質な涙液層を角膜表面に形成させ、被検者が開瞼すると同時に撮影開始スイッチ（11)を操作する（S04)。

検者によって撮影開始スィッチ（11)が操作されると、コントローラ（12)は、 CCD力メラ (08)を操作して、角膜表面力もの反射パターンを所定の時間間隔で所定コマ数だけ撮影する (S05)。本実施形態では、撮影開始スィッチ（11)が操作されてカゝら 10 秒が経過するまで、 1秒毎に角膜表面力もの反射パターンを撮影する。したがって、ステップ S05の処理によって 11枚の角膜表面画像が撮影される。撮影された一連の画像は、メモリ（10)に時系列順に格納される。図 6にはステップ S05の処理によって取得された一連の画像が時系列順に示されている。なお、ステップ S05の撮影処理が完了するまでは、検者に瞬目をしな、よう指示しておく。

[0018] ステップ S05の撮影処理が完了すると、次に、コントローラ（12)はステップ S05で撮影された各画像を解析する画像解析処理を開始する（S06)。図 7は画像解析処理の手順を示すフローチャートである。図 7に示すように、コントローラ（12)は、まず、撮影開始スィッチ（11)の操作と同時に撮影された画像 (経過時間 t=0秒)を基準画像としてメモリ（10)より読み出す (S 10)。

[0019] 次に、読み出した画像データに対して、画像処理の対象となる領域の切り出しを行う（S12)。すなわち、図 9, 10に示すように CCDカメラ（08)で撮影される画像には、角膜表面からのパターン光の反射像だけでなぐそれ以外の部分も含まれている。このため、ステップ S 12の処理によって画像処理の対象となる領域だけを切り出し、画像処理時間の短縮を図る。なお、画像処理の対象となる領域をパターン光が照射される領域だけに限定することで、パターン光の歪み度 (以下、画像特徴量という）を精度よく算出することちできる。

本実施形態では、図 12 (a)に示すように、画像データの中心 0 (角膜 Cの中央)から周方向に等角度間隔で複数の分割線 L , L · ·を設定し、その分割線 L , L · ·とリン

1 2 1 2 グ像 R , R · ·の交点 P , P · ·を求める。そして、図 12 (b)に示すように、各交点 P

1 2 11 12 ij の近傍に領域 Tを設定し、この領域 Tを画像処理の対象となる領域としている。したがって、本実施形態では交点 Pの数 (iXj)だけ画像処理の対象となる領域が設定されている。そして、設定された領域 τ毎に画像特徴量が算出され、その領域における涙液層の経時変化が評価される。なお、本実施形態では、基準画像 (t=0秒）に対してだけ各交点 Pの座標を算出して画像処理対象領域 τを設定する。そして、その後に撮影された画像に対しては分割線 Lとリング像 Rの交点の座標を算出することなぐ設定された画像処理対象領域

Tについて画像特徴量を算出している。

画像処理の対象となる領域を切り出すと、その領域について画像特徴量を算出する (S14)。本実施形態では、画像特徴量を同時濃度生起行列 P (i, j)を利用して算

δ

出している。同時濃度生起行列とは、濃度 iの点力も一定の変位 δ = ( A m, Δ η)の距離の点の濃度が jである頻度 P (i, j)を要素とする行列である。図 8を用いて具体

δ

的に説明する。

図 8 (a)には、画像処理の対象となる領域を簡略化して (5 X 5)の画素数で示しており、各画素の濃度値がそれぞれ示されている。なお、画素の濃度値は 4レンジに分類され、 0〜3の数字であらわされている。例えば、座標（0, 0)の画素の濃度値は「0 」であり、座標（2, 2)の画素の濃度値は「2」となっている。

図 8 (b)には図 8 (a)の画像に対して δ = (1, 0)として求めた同時濃度生起行列 Ρ

δ

(i, j)を示している。 δ = (1, 0)としたため、水平方向（m方向）に隣り合う画素同士の濃度値の関係が iと jとなる個数を求めたものが同時濃度生起行列 P (i, j)となる。例えば、図 8 (b)において太い黒線で囲まれた要素 (i, j) = (2, 1)の個数は、図 8 (a )において濃度値「2」の画素の隣 (水平方向）に濃度値「1」の画素が存在する個数となり、図 8 (a)の太い黒線で囲まれた部分となる。このため、 P (2, 1) = 3となってい

δ

る。

なお、濃度値「2」の画素の隣 (水平方向）に濃度値「1」の画素が存在する個数は、濃度値「1」の画素の隣 (水平方向）に濃度値「2」の画素が存在する個数と同一となる。このため、同時濃度生起行列 P (i, j)は対称となっている。また、図 8の例では、画

δ

素の濃度値を 4レンジとして、るため、同時濃度生起行列 P (i, j)は 4 X 4の行列とな

δ

つている。

上述したことから明らかなように、同時濃度生起行列 P (i, j)は δ = ( A m, Δ η)で

δ

設定される位置関係にある画素同士の濃度値の関係をあらわしている。したがって、角膜表面に投光される光のパターンに応じて δ (すなわり、 A m, Δ η)を設定することで、同時濃度生起行列 P (i, j)を用いて画像特徴量 (すなわち、パターン像の歪

δ

み度)を算出することができる。本実施形態では、各画像処理対象領域に対してバターン光に沿った方向に δを設定している。すなわち、 δによって設定される画素間の方向はパターン光の形状を考慮して設定することが好ましぐまた、 δによって設定される画素間の距離は CCDカメラ (08)の解像度を考慮して設定することが好ましい。

[0021] 同時濃度生起行列 P (i, j)が求まると、この同時濃度生起行列 P (i, j)を用いて

δ δ

画像特徴量を算出する。例えば、（1)コントラスト、（2)テクスチャーの一様性、（3)濃淡対の相関、（4)エントロピ一等を用いることができる。

(1)コントラスト

コントラストは、 δ = ( Δπι, Δη)で設定される位置関係にある画素同士の濃度値の差が大きい要素が多いほど大きくなる。したがって、 δ = ( Δπι, Δη)によってパターン上の画素同士の濃度値が比較されるように設定すると、パターン像に歪みがなければ画素同士の濃度値は同一となるため、算出されるコントラストは小さくなる。一方、ノターン像の歪み度が大きくなるのに応じて、コントラストは徐々に大きくなる。なお、コントラストは、下記の式で算出することができる。

[0022] [数 1]

Contrast = — j) ² P_s ', j)

' j

[0023] (2)テクスチャーの一様性

テクスチャーの一様性は、特定の画素対 (例えば、同一濃度値の画素対）が多く存在する場合に大きくなる。したがって、 δ = ( Δπι, Δη)を適切に設定することで、テタスチヤ一の一様性によってパターン像の歪みを表すことができる。なお、テクスチャ一の一様性は、下記の式で算出することができる。

[0024] [数 2] angular - sec ond - moment = >〉 {P_c. ( , 7)}

' j

[0025] (3)濃淡対の相関濃淡対の相関は、方向性の強さを示す指標であり、ある方向に周期性パターンが見られる場合に値が大きくなる。本実施形態では、図 9, 10に示すように略等間隔のリング状にパターン光を投光する。このため、このリングパターンと直行する方向に δ を設定すると、パターン像に歪みがなければ、その方向には濃度値の高い領域 (バターン光が投光されて、る画素）と濃度値の低、領域 (パターン光が投光されて、な、画素）が周期的に現れることとなる。このため、濃淡対の相関によってパターン像の歪み度を表すことができる。なお、濃淡対の相関は、下記の式で算出することができる。ここで、 μ χ, /z yは P (i, j)の X方向 (横方向)、 y方向 (縦方向)平均、 σ χ, は同じく標準偏差を表している。

[0026] [数 3] ！ ^アバ''，ゾ)— A "_y

correlation =

[0027] (4)エントロピー

エントロピ一は、一般的に情報などの不確定性が減った度合い（安定性)を表し、 Ρ (i, j)が均等に割り当てられている程、値が大きくなる。上記（2)のテクスチャーの一様性とは逆の性質を持つ。テクスチャーの一様性によってパターン像の歪みを表すことができることから、エントロピーによってもパターン像の歪みを表すことができる。なお、エントロピ一は、下記の式で算出することができる。

[0028] [数 4] entropy } ^ Ρ_δ (!'，ゾ） log P_s (i， j)

[0029] なお、上述した（1)〜 (4)の各指標は、単独で、または組み合わせて画像特徴量を算出するよう〖こしてもよい。また、投光されるパターン光の形状や、画像処理を行う対象領域に応じて複数の異なる δを設定し、得られた複数の同時濃度生起行列 P (i,

δ j)のそれぞれを用いて上述した（1)〜 (4)の各指標を算出し、それらを組み合わせて画像特徴量としてもよい。 [0030] 図 9は開瞼直後に撮影された画像 (t=0秒)を示しており、図 10は開瞼してから 2秒経過後に撮影された画像 (t= 2秒)を示している。図 11は、図 9に示す画像を基準画像として、図 10に示す画像について算出された画像特徴量の変化量を画像処理対象領域毎に表示する図である。なお、図 11では、同時濃度生起行列 P (i, j)から算

δ

出されるエントロピーを画像特徴量として、る。

図 9から明らかなように、開瞼直後は角膜表面で反射された反射像 (リングパターン )が明確に認識でき、涙液層が非常に安定していることがわかる。一方、図 10から明らかなように、開瞼カゝら 2秒が経過すると角膜表面で反射された反射像 (リングパターン）が滲んでおり、特に、角膜中心力も左側の領域においてその乱れが顕著である。このため、図 11に示すように、角膜中心から左側の領域において画像特徴量の変化量も大きくなつている。以上の説明から明らかなように、反射像 (リングパターン)の歪みが大きくなると画像特徴量の変化量も大きくなり、画像特徴量を利用することで反射像 (リングパターン)の歪みを定量的に評価することができる。

[0031] ステップ S16に進むと、コントローラ（12)は、基準画像と比較する比較画像 (経過時間 t= 1, · · 10秒)の一つをメモリ (10)より読み出す。具体的には、撮影された順に比較画像を読み出す。比較画像を読み出すと、その読み出した比較画像に対してステップ S12, S14の処理を行う（ステップ S18)。これによつて、比較画像について画像特徴量が算出される。

ステップ S20では、コントローラ（12)は、基準画像の対応する領域の画像特徴量と比較画像の対応する領域の画像特徴量との差を算出する。

ステップ S22〖こ進むと、コントローラ（12)は全ての領域について画像特徴量の差が閾値を超えたか否かを判定する。なお、この閾値は、入力装置（13)によって変更できることは既に説明した。

[0032] V、ずれかの領域で画像特徴量の変化量が閾値を超えて、る場合 (ステップ S 22で YES)は、角膜表面にドライスポットが生じた (すなわち、ドライアイ状態になった)と判断し、ステップ S26に進む。ステップ S26では、今までに読み込んだ比較画像の数からドライスポットが生じるまでの時間を求め、その時間をブレークアップタイムとしてメモリ（10)に記憶し、画像解析処理を終了する。したがって、ステップ S26に進むまでに 4枚の比較画像を読み込んで、る場合、ブレークアップタイムは 4 X t 撮影間隔）となる。また、ブレークアップタイムが算出されると、その後に撮影された画像については画像解析処理を行わないため、測定結果が表示装置 (09)に速やかに表示されることとなる。

[0033] 全ての領域にっ、て画像特徴量の変化量が閾値を超えて!/ヽな、場合 (ステップ S2 2で NO)はステップ S24に進む。ステップ S24に進むと、撮影された全ての画像について画像特徴量を算出した力否かを判定する。

全ての画像にっ、て画像特徴量を算出して、る場合 (ステップ S24で YES)はそのまま処理を終了する。この場合は、ドライアイ状態が観察されな力つたこととなる。一方、全ての画像について画像特徴量を算出していない場合 (ステップ S24で NO)は、ステップ S16に戻ってステップ S16からの処理を繰り返すこととなる。これによつて、順次、比較画像が読み出され、画像特徴量が算出されて涙液層の状態 (ドライアイ状態か否か)力判定されることとなる。

[0034] 画像解析処理が終了すると、図 5に戻ってコントローラ（11)は表示装置 (09)に画像解析処理の結果を表示する (S07)。本実施形態では、撮影された画像や (図 9, 1 0)、その画像について算出された画像特徴量や（図 11, 12)、画像解析処理によつて得られたブレークアップタイム等を表示する。

[0035] 上述した説明から明らかなように、本実施形態の眼科装置では、 CCDカメラ (08) で撮影された画像データ全体を情報源として、基準画像 (経過時間 t=0秒)と比較画像 (経過時間 t= l〜： L0)との画像特徴量の変化量を算出する。すなわち、角膜に投光されたリングパターンの反射像のうち、角膜表面の涙液層の乱れによって滲んだり隣同士で癒着したりしたような部位の情報を活用して、基準画像と比較画像の変化した程度 (涙液層の変化の程度)を算出する。これにより、涙液層の状態を精度よく評価することができる。

すなわち、従来の角膜形状解析装置では、角膜に投光されたリングパターンのうち、角膜表面の涙液層の乱れによって、そのリングパターンの反射像が滲んだり隣同士で癒着したりしたような部位は、通常、計測欠点として扱われ、周囲の数値力その部位の数値が補間されて、た (すなわち、計測欠点の情報は解析に用いられてヽな力つた)。これに対して、本実施形態では、従来は用いられな力つた計測欠点を生じる部位の情報をあえて活用し、これによつて、角膜をおおう涙液層の時間的変化を精度よく計測している。

[0036] 以上、本発明の好適ないくつかの実施形態について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。

例えば、角膜表面に投光される投光パターンは同心円状のものに限られず、その形状等は任意に設定することができる。なお、投光パターンは、角膜全面に、均一で、かつ、偏在することなく光を投光できるものであることが好ましい。角膜全面を均一に評価するためである。

[0037] また、画像内に設定される評価領域 (画像特徴量を算出する領域)は、投光パターンに応じて適宜決定することができる。また、反射像の歪みをあらわす指標である画像特徴量は、種々の方法によって算出することができ、上述した実施の形態に記載したものには限られない。

例えば、上述した実施形態では、同時濃度生起行列を用いて算出される指標 (コントラスト、テクスチャーの一様性、濃淡対の相関、エントロピー）を画像特徴量としたが、撮影された画像のフラクタル次元 (複雑さをあらわす指標)を用いて画像特徴量を算出することもできる。あるいは、濃度ヒストグラムを用いて画像特徴量を算出することもできる。さらには、同時濃度生起行列を利用して算出される各指標 (コントラスト、テタスチヤ一の一様性、濃淡対の相関、エントロピー、フラクタル次元、濃度ヒストグラム等）の、くつかを組み合わせて画像特徴量とすることもできる。

また、撮影された画像を、濃度値の高い画素 (パターン光を反射する部分)と、濃度値の低い画素 (パターン光を反射していない部分）に 2値ィ匕し、濃度値の高い画素によって構成されるパターンを細線ィ匕し (例えば、中心線の抽出を行い）、その細線ィ匕されたパターン形状に基づいて画像特徴量を算出してもよい。また、涙液層の状態の変化が激しくなるとパターンが途切れるため、細線化されたパターンが途切れて、る点の数を画像特徴量とすることもできる。さらには、角膜表面の複数個所に点状の光を投光し、反射像の座標変化の程度力も画像特徴量を算出してもよい。 [0038] また、角膜表面からの反射パターンを撮影する回数や、その時間間隔は種々に設定することができる。例えば、最大開瞼時間内に 5〜10程度の画像を撮影することができるように決定することができる。また、撮影間隔も等間隔とする必要は必ずしもない。

また、上述した実施形態では、被検眼に対する光学系のァライメントをマニュアルで行うようにした力光学系のァライメントは自動で行うようにしてもよい。

[0039] なお、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

Claims

請求の範囲

[1] 被検眼の角膜表面に形成される涙液層の状態を測定する眼科装置であって、角膜表面に所定パターンの光を投光する投光光学系と、

投光された光の角膜表面からの反射像を撮影する撮像装置と、

撮像装置で撮影された画像の濃度値分布に基づいて反射像の歪み度を算出する演算装置と、を有する眼科装置。

[2] 演算装置は、（1)撮像装置に角膜表面力の反射像を所定の時間間隔で繰り返し撮影させると共に、撮影された画像のそれぞれについて歪み度を算出し、（2)撮影された画像の 1つを基準画像とし、その基準画像に対する歪み度の変化量が設定された閾値を超えたときに、涙液層が所定の状態になったと判定することを特徴とする請求項 1に記載の眼科装置。

[3] 閾値の変更を入力する入力装置をさらに備えており、その入力装置は人によって操作可能となっていることを特徴とする請求項 2に記載の眼科装置。

[4] 撮像装置で撮影される画像には複数の領域が設定されており、演算装置は、設定領域毎に歪み度を算出し、算出された設定領域毎の歪み度の変化量に基づいて涙液層の状態が所定の状態となった力否かを判定することを特徴とする請求項 2又は 3 に記載の眼科装置。

[5] 演算装置は、撮像装置で撮影された 1番目の画像を基準画像として、撮影順に歪み度の変化量を算出しながら涙液層が所定の状態となった力否かを判定することを特徴とする請求項 2に記載の眼科装置。

[6] 演算装置は、涙液層が所定の状態になったと判定したときは、それ以降に撮影されて、る画像にっ、ては判定を行わな、ことを特徴とする請求項 5に記載の眼科装置

[7] 演算装置は、撮影された画像内で所定の位置関係にある画素間の濃度値の関係から、反射像の歪み度を算出することを特徴とする請求項 1〜6のいずれかに記載の眼科装置。

[8] 前記所定の位置関係が、投光光学系によって角膜表面に投光される光のパターンに応じて設定されていることを特徴とする請求項 7に記載の眼科装置。

[9] 演算装置は、撮影された画像の濃度値分布に基づいて同時濃度生起行列を算出し、その算出された同時濃度生起行列から歪み度を算出することを特徴とする請求項 1〜6のいずれかに記載の眼科装置。

[10] コンピュータを、

投光光学系から角膜表面に所定パターンの光を投光させる投光制御手段と、その投光された光の角膜表面力ゝらの反射像を撮像装置に撮影させる撮影制御手段と、

撮像装置で撮影された画像の濃度値分布に基づ!、て、撮影された反射像の歪み度を算出する手段と、して機能させるためのプログラム。