JP3798164B2

JP3798164B2 - 角膜内皮細胞計測装置

Info

Publication number: JP3798164B2
Application number: JP35939798A
Authority: JP
Inventors: 幸治西尾
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 1998-12-17
Filing date: 1998-12-17
Publication date: 2006-07-19
Anticipated expiration: 2018-12-17
Also published as: JP2000175868A; US6234630B1

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、いわゆるスペキュラーマイクロスコープ等により撮影された角膜内皮細胞像の細胞密度を計測する角膜内皮細胞計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
角膜内皮細胞の諸特性を測定するための手法は既に多くの種類のものが知られており、こうした公知の手法の１つにグリッド法と呼ばれるものがある。これは、図４に示すように、細胞像を任意の大きさの長方形Ｒで囲み、その長方形Ｒ内に含まれる細胞の数Ｎをカウントし、そのカウント結果を長方形Ｒの面積Ｓで割ることにより細胞密度ＣＤを求めるものである。詳細には、長方形Ｒ内に完全に包含される細胞（図４においてマーキングされている９個の細胞Ｐ）はそれぞれ１個と数え、長方形Ｒの辺により一部がカットされている細胞はカットされた部分の大きさに拘わらず全て０．５個と数え、これらを総計することによって細胞の数Ｎを算出する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなグリッド法では、細胞が長方形Ｒに完全に包含されているか、或いは長方形Ｒの辺により一部がカットされているかを作業者自身が判断して数えなければならず、計測に時間を要するという問題があった。
【０００４】
また、ほんの一部だけがカットされているような細胞については、長方形Ｒ内に完全に包含されているものと見誤って１個と数えてしまうことも多く、逆に、図４中の細胞Ｐ´のように、ほんの一部だけが長方形Ｒ内に入っているような細胞については見落として数え損なうことがあり、計測精度の低下の原因となっていた。
【０００５】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、作業者による判断・処理の必要性を減少させ、これにより計測に要する時間を短縮することができるとともに、計測精度の向上を図ることのできる角膜内皮細胞計測装置を提供することを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、撮影された角膜内皮細胞像を表示する表示手段と、該表示手段に表示された細胞像の各細胞の中心点をマーキングするマーキング手段と、該マーキングされた中心点の座標を特定する座標特定手段と、該マーキングされた複数の中心点を結ぶことにより閉曲線を特定する閉曲線特定手段と、前記座標特定手段の出力に基づき前記閉曲線で囲まれる部分の面積を演算する面積演算手段と、前記閉曲線上に存在する前記中心点の個数、前記閉曲線の内側に存在する前記中心点の個数、及び前記面積演算手段により演算された面積に基づき単位面積当りの細胞密度を演算する細胞密度演算手段とを有することを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【０００８】
図１は本発明に係る角膜内皮細胞計測装置の概略構成を示す。この角膜内皮細胞計測装置１は、画像入力インターフェース２と、Ａ／Ｄ変換器３と、画像メモリ４と、演算処理装置５と、表示手段としてのモニタ６と、入力装置７とを備える。
【０００９】
画像入力インターフェース２には、ＣＣＤカメラ等からなる撮像装置８が接続され、角膜内皮を撮像した画像信号が取り込まれるようになっている。この撮像装置８からの画像信号がＮＴＳＣコンポジット信号である場合には、画像入力インターフェース２には輝度信号を取り出してＤＣレベルの変動を防止するクランプ回路や、同期信号を分離するための同期分離回路等が内蔵される。なお、この撮像装置８の代わりに、角膜内皮を写真撮影してその写真画像を画像信号に変換し、画像入力インターフェース２に送出するシステムが用いられてもよい。
【００１０】
Ａ／Ｄ変換器３は輝度信号をデジタル化するためのものであり、輝度信号の黒レベルから白レベルまでをＡ／Ｄ変換するように構成されている。画像メモリ４はＡ／Ｄ変換器３によりデジタル化された画像信号を記憶し、記憶された画像が演算処理装置５によりモニタ６に表示されるようになっている。
【００１１】
入力装置７はマウス又はトラックボール等からなり、作業者がモニタ６に表示された角膜内皮細胞像のうち任意の細胞の中心点をマーキングするために使用される。この入力装置７からの入力に応じて、演算処理装置５はモニタ６に表示された細胞の中心点に点状のマークを表示させるとともに、このマークの座標位置を演算して特定する役割を果たす。
【００１２】
また、演算処理装置５は、それらマーキングされた複数の中心点を結ぶことによりつくられる閉曲線のうち、その囲む面積が最大となる閉曲線、換言すれば、マーキングした中心点の全てがその内側又は線上にあるような閉曲線（以下、「最大閉曲線」という。）を後述のように形成する。そして、先に求めた各マークの座標位置に基づいて、この最大閉曲線で囲まれる部分の面積Ｓを演算する機能を有する。
【００１３】
さらに、この演算処理装置５は、最大閉曲線上に存在する中心点の個数Ｎｏｎ、及び最大閉曲線の内側に存在する中心点の個数Ｎｉｎを求め、最大閉曲線内の細胞の数Ｎと細胞密度ＣＤとを次式により演算可能となっている。
【００１４】
Ｎ＝Ｎｉｎ＋Ｎｏｎ／２ …▲１▼
ＣＤ＝Ｎ／Ｓ …▲２▼
次に、この角膜内皮細胞計測装置１の作用について説明する。
【００１５】
例えば図２の左側に示す角膜内皮細胞像が撮像装置８により得られると、モニタ６の画面上にはその一部分Ｒ´の拡大像が同図右側に示すように表示される。作業者は、そのモニタ表示を見ながら入力装置７を使用して、互いに隣接する複数の細胞の中心点をマーキングする。ここでは、計９個の細胞の中心点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、イ、口、ハ、ニ、ホにマーキングした例を示している。
【００１６】
マーキングが終了すると、マークされた各中心点のそれぞれの座標位置が演算処理装置５により特定される。その座標値はモニタ６の画面左上隅を原点Ｏとし、右向き及び下向きにとられたＸ軸及びＹ軸により規定される。
【００１７】
ここで求められた各座標（Ｘ，Ｙ）は演算処理装置５に記憶され、この演算処理装置５により実行される以下の各ステップに従って最大閉曲線が形成される。
【００１８】
ところで、計測精度を保つためには、所定個数以上（例えば８個以上）の細胞をマーキングする必要があるため、作業者が８個以上の細胞をマークせずにマーキングを終了しようとした場合には、モニタ６の画面上に警告表示が出されて作業者はマーキングの続行を促される。
【００１９】
また、被検眼の細胞密度が小さい場合には、モニタ６の画面中に当該所定個数以上の細胞が表示されず、そのために所定個数以上の細胞のマーキングができないことも生じうる。この場合には、作業者が図示しないリセットボタンを押すと、自動的にモニタ６の画面上における表示倍率が低くなり、所定個数以上のマーキングができるような状態に変更される。或いはリセットボタンの押下に対応して、モニタ６の表示倍率を下げる必要がある旨の表示をし、作業者自身に表示倍率を下げさせるようにしてもよい。
【００２０】
（ステップ１）
まず、マークされた中心点のうち画面上最も左上にある点が、閉曲線描画の基準となる第１基点として決定される。すなわち、座標原点Ｏから９つの各中心点までの距離ｒ＝（Ｘ²＋Ｙ²）^1/2がそれぞれ算出され、この距離ｒを最小とする点が第１基点として決定され記憶される。ここでは、点Ａまでの距離が他点までの距離よりも小さいため、点Ａが第１基点となる。なお、距離ｒを最小とする点が複数ある場合には、それらのうちＸ座標の値が最小のものを第１基点とする。
【００２１】
同様に、画面右上隅（Ｘ１，０）からの距離に基づいて画面上最も右上にある点が第２基点として決定され、画面右下隅（Ｘ１，Ｙ１）からの距離に基づいて画面上最も右下にある点が第３基点として決定され、画面左下隅（０，Ｙ１）からの距離に基づいて画面上最も左下にある点が第４基点として決定される。ここでは、点Ｂ、点Ｃ、点Ｄがそれぞれ第２基点、第３基点、第４基点となる。
【００２２】
（ステップ２）
次に、第１基点である点Ａから右回りに最大閉曲線の描画が開始される。まず、点ＡよりもＸ座標の値が大きい中心点が検索され、点Ｂ、Ｃ、イ、ロ、ハの５つの点が選ばれる。そして、これら各点と点Ａとを結んだ線分のそれぞれの傾きｄＹ／ｄＸが演算され、傾きｄＹ／ｄＸが一番小さい線分に対応する点（点イ）と、傾きｄＹ／ｄＸが二番目に小さい線分に対応する点（点Ｂ）とが選出される。これらの２点は描画の進行先となる「次なる点」の候補として残り、他の点はその「次なる点」の対象外と判断される。
【００２３】
続いて、その候補として残った２点に対応する２線分（線分Ａイ、線分ＡＢ）の長さが比較される。一方の線分の長さが他方の線分の長さのα倍（ここではα＝２とする）以上である場合には、短い方の線分に対応する点が次なる点として決定され、この点と点Ａとが線分により結ばれて本ステップにおける描画が完了する。一方、一方の線分の長さが他方の線分の長さのα倍未満である場合には、傾きｄＹ／ｄＸが一番小さい線分に対応する点が次なる点として決定され、この点と点Ａとを結ぶ線分が描画される。ここでは、その次なる点として点イが選定されるので、線分Ａイがモニタ６の画面上に表示される（図３（ａ））。
【００２４】
なお、一番小さい線分の傾きｄＹ／ｄＸが所定の基準値以下である場合には、上記のような比較のステップを省略してその線分に対応する点を次なる点として選定してもよい。
【００２５】
（ステップ３）
前ステップで点Ａに関して次なる点が決定されたと同様に、本ステップでは点イに関して次なる点が決定され、その点と点イとを結ぶ線分が描画される。ここでは、その次なる点として点Ｂが選定されるので、線分イＢがモニタ６の画面上に表示される（図３（ｂ））。
【００２６】
（ステップ４）
描画が第２基点である点Ｂに到達すると、次なる点の決定方法が変更される。すなわち、点Ｂは最も右上にある点であるから、点ＢよりもＹ座標の値が大きい中心点が検索され、点Ｃ、ロ、ハの３つの点が選ばれる。そして、これら各点と点Ｂとを結んだ線分のそれぞれの傾きｄＸ／ｄＹが演算され、傾きｄＸ／ｄＹが一番大きい線分に対応する点（点Ｃ）と、傾きｄＸ／ｄＹが二番目に大きい線分に対応する点（点ハ）とが選出される。
【００２７】
続いて、その２点に対応する２線分（線分ＢＣ、線分Ｂハ）の長さが比較される。一方の線分の長さが他方の線分の長さのα倍（ここではα＝２とする）以上である場合には、短い方の線分に対応する点が次なる点として決定され、この点と点Ｂとが線分により結ばれて本ステップにおける描画が完了する。一方、一方の線分の長さが他方の線分の長さのα倍未満である場合には、傾きｄＸ／ｄＹが一番大きい線分に対応する点が次なる点として決定され、この点と点Ｂとを結ぶ線分が描画される。ここでは、その次なる点として点Ｃが選定されるので、線分ＢＣがモニタ６の画面上に表示される（図３（ｃ））。
【００２８】
なお、一番大きい線分の傾きｄＸ／ｄＹが所定の基準値以上である場合には、上記のような比較のステップを省略してその線分に対応する点を次なる点として選定してもよい。
【００２９】
（ステップ５）
描画が第３基点である点Ｃに到達すると、次なる点の決定方法が変更される。すなわち、点Ｃは最も右下にある点であるから、点ＣよりもＸ座標の値が小さく、かつ、未だ選定されていない中心点が検索され、点Ｄ、ロ、ハ、ニ、ホの５つの点が選ばれる。そして、これら各点と点Ｃとを結んだ線分のそれぞれの傾きｄＹ／ｄＸが演算され、傾きｄＹ／ｄＸが一番小さい線分に対応する点（点Ｄ）と、傾きｄＹ／ｄＸが二番目に小さい線分に対応する点（点ハ）とが選出される。
【００３０】
続いて、その２点に対応する２線分（線分ＣＤ、線分Ｃハ）の長さが比較される。一方の線分の長さが他方の線分の長さのα倍（ここではα＝２とする）以上である場合には、短い方の線分に対応する点が次なる点として決定され、この点と点Ｃとが線分により結ばれて本ステップにおける描画が完了する。一方、一方の線分の長さが他方の線分の長さのα倍未満である場合には、傾きｄＹ／ｄＸが一番小さい線分に対応する点が次なる点として決定され、この点と点Ｃとを結ぶ線分が描画される。ここでは、その次なる点として点Ｄが選定されるので、線分ＣＤがモニタ６の画面上に表示される（図３（ｄ））。
【００３１】
なお、一番小さい線分の傾きｄＹ／ｄＸが所定の基準値以下である場合には、上記のような比較のステップを省略してその線分に対応する点を次なる点として選定してもよい。
【００３２】
（ステップ６）
描画が第４基点である点Ｄに到達すると、次なる点の決定方法が再度変更される。すなわち、点Ｄは最も左下にある点であるから、点ＤよりもＹ座標の値が小さく、かつ、未だ選定されていない中心点が検索され、点ロ、ハ、ニ、ホの４つの点が選ばれる。そして、これら各点と点Ｄとを結んだ線分のそれぞれの傾きｄＸ／ｄＹが演算され、傾きｄＸ／ｄＹが一番大きい線分に対応する点（点ホ）と、傾きｄＸ／ｄＹが二番目に大きい線分に対応する点（点ニ）とが選出される。
【００３３】
続いて、その２点に対応する２線分（線分Ｄホ、線分Ｄニ）の長さが比較される。一方の線分の長さが他方の線分の長さのα倍（ここではα＝２とする）以上である場合には、短い方の線分に対応する点が次なる点として決定され、この点と点Ｄとが線分により結ばれて本ステップにおける描画が完了する。一方、一方の線分の長さが他方の線分の長さのα倍未満である場合には、傾きｄＸ／ｄＹが一番大きい線分に対応する点が次なる点として決定され、この点と点Ｄとを結ぶ線分が描画される。ここでは、その次なる点として点ホが選定されるので、線分Ｄホがモニタ６の画面上に表示される（図３（ｅ））。
【００３４】
なお、一番大きい線分の傾きｄＸ／ｄＹが所定の基準値以上である場合には、上記のような比較のステップを省略してその線分に対応する点を次なる点として選定してもよい。
【００３５】
（ステップ７）
前ステップで点Ｄに関して次なる点が決定されたと同様に、本ステップでは点ホに関して次なる点が決定され、その点と点ホとを結ぶ線分が描画される。ここでは、その次なる点として第１基点である点Ａが選定されるので、線分ホＡがモニタ６の画面上に表示されて最大閉曲線が完成する（図３（ｆ））。
【００３６】
このように最大閉曲線が形成されると、その最大閉曲線の描画過程で選定された点の数（＝最大閉曲線上に存在する中心点の数）Ｎｏｎ、及び最終的に選定の対象にならなかった点の数（＝最大閉曲線の内側に存在する中心点の数）Ｎｉｎに基づいて、式▲１▼により最大閉曲線内の細胞の数Ｎが、式▲２▼により細胞密度ＣＤが演算される。上述の例においては、Ｎｏｎ＝６、Ｎｉｎ＝３であるから
Ｎ＝３＋６／２＝６［個］
ＣＤ＝６／Ｓ［個／ｍｍ²］
となる。
【００３７】
なお、上記の実施の形態では、最大閉曲線上に存在する中心点に対応する細胞数はすべて１／２として演算したが（式▲１▼）、第１基点〜第４基点に対応する細胞（図３における点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに対応する細胞）については１／４として演算を行ってもよい。
【００３８】
また、上記実施の形態では、最大閉曲線をモニタ６の画面上に表示させていたが、閉曲線を演算するに止め、表示を省略してもよい。
【００３９】
ところで、角膜内皮細胞計測装置１は専ら細胞密度を求めうるだけで、平均の細胞面積、標準偏差等は求めることができない。したがって、平均面積等を求めたい場合には、デジタイザ一法、頂点入力法等の公知の方法を併用し、これらの計測結果をモニタ６の画面上に表示するような構成とすればよい。
【００４０】
【発明の効果】
本発明に係る角膜内皮細胞計測装置は、以上説明したように構成したので、作業者による判断・処理の必要性が少なく計測に要する時間を短縮することができ、かつ、計測精度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る角膜内皮細胞計測装置の概略構成を示す説明図である。
【図２】撮影されモニタの画面上に表示される角膜内皮細胞像の例を示す説明図である。
【図３】最大閉曲線の形成過程を（ａ）〜（ｆ）に従って順に示す説明図である。
【図４】従来のグリッド法による細胞の数の算出法を示す説明図である。
【符号の説明】
１角膜内皮細胞計測装置
５演算処理装置
（座標特定手段、閉曲線形成手段、面積演算手段、細胞密度演算手段）
６モニタ（表示手段）
７入力装置

Claims

撮影された角膜内皮細胞像を表示する表示手段と、
該表示手段に表示された細胞像の各細胞の中心点をマーキングするマーキング手段と、
該マーキングされた中心点の座標を特定する座標特定手段と、
該マーキングされた複数の中心点を結ぶことにより閉曲線を特定する閉曲線特定手段と、
前記座標特定手段の出力に基づき前記閉曲線で囲まれる部分の面積を演算する面積演算手段と、
前記閉曲線上に存在する前記中心点の個数、前記閉曲線の内側に存在する前記中心点の個数、及び前記面積演算手段により演算された面積に基づき単位面積当りの細胞密度を演算する細胞密度演算手段とを有することを特徴とする角膜内皮細胞計測装置。