JP4527471B2 - 3次元眼底画像の構築・表示装置 - Google Patents
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しかし、眼底カメラの視野角は50度と狭く、1回の撮影だけで獲得できる情報は満足できるものではない。そこで、眼球内部を出来るだけ広くカバーするように多方向から眼底写真を撮影して、平面上に手作業で、または画像処理により半自動的に合成して1枚のパノラマ写真を作成するように工夫されている。
また、電子カルテへの対応のために、コンピュータと接続した眼底カメラが開発され、画像のファイリングを行うことも可能となっている。しかし、それは立体的な眼底の異なる部位を撮影した、眼球の光学系によって既に変形されている画像を無理に平面上に繋げ合わせたものであるため、画像同士の連続性が保証されない一方、血管の形態、眼底疾患の位置と範囲などに関する正確で定量的な情報の提供に限度があった。また最近臨床では重要視されている患者へのインフォームドコンセントにも対応しにくかった。
また、このように繋ぎ合わせた眼底写真は眼底を平面に展開した形になっていることから、眼球の構造を習熟している専門医師であっても正確に判断することは困難であり、専門外の医師や患者がその画像を理解することは困難であった。
さらに、眼底の血管の異常、網膜剥離、腫瘍の有無などを専門医師が判断できても、眼底写真上の画像は既に変形されているため、血管や剥離領域などの大きさや位置を定量的にデータ化し、患者の時系列データや疫学的データベースとして役立てることは出来なかった。
(1)健全な眼球の眼底形状はほぼ球面とみなせるが、強度の近視や遠視、緑内障眼などの場合には眼底形状が球面から変形しているので汎用性はない。
(2)複雑な生体眼の光学系が単レンズでモデル化できるという仮定を前提としているので、たとえ実際の眼底形状が球面である場合でも、最適化計算により得られた眼底形状は実際に合わないことが考えられる。
(3)撮影位置を微小角度ずらす量の正確な規定が困難である。
(4)生体眼球とカメラとの距離、撮影角度などの投影パラメータ決定が困難である。
(5)3次元眼底に投影した眼底画像をマニュアルで微調整するのは容易ではない、等の問題点があった。
眼底面を異なる方向から複数撮影して中心画像を含む複数の眼底画像として記憶する眼底画像取得手段と、
前記中心画像上の認識可能な部位間の実距離drを計測する実距離計測手段と、
前記複数の眼底画像を正しい縮尺率で前記3次元眼底面に投影して3次元眼底画像を構築する眼底画像構築手段と、
3次元眼底画像を表示する表示手段とを有することを特徴とする3次元眼底画像の構築・表示装置が提供される。
また、眼底画像取得手段で、眼底面を異なる方向から複数撮影して中心画像を含む複数の眼底画像として記憶するので、1枚の画像ではカバーできない広い範囲の眼底画像を正確な3次元眼底面に投影することができる。
さらに、実距離計測手段で中心画像上の認識可能な部位間の実距離drを計測するので、中心画像との対応でその縮尺率Scを正確に決定することができる。
また、眼底画像構築手段で、複数の眼底画像を正しい縮尺率で3次元眼底面に投影して3次元眼底画像を構築するので、この3次元眼底画像を表示手段で表示することにより、当該被験者の眼底の3次元画像を正確に表示し、定量的な眼底情報を提示すると同時に、専門医師以外の医師や患者の理解(インフォームドコンセント)に役立てることができる。
取得した複数の前記超音波断面画像を用いて3次元座標を有する3角形メッシュにより表現した3次元眼底面を生成する眼底面生成手段と、
前記中心画像上の認識可能な部位間の画像上の距離dpを計測する画像上距離計測手段と、
前記画像上の距離dpと実距離drから中心画像の縮尺率Scを決定する中心縮尺決定手段と、
決定した縮尺率を利用して中心画像の縮尺を行い、縮尺した中心画像を前記3次元眼底面へ眼軸方向に投影する中心画像投影手段と、
複数の眼底画像の血管分岐点を特徴点として用い、隣接する画像間の対応付けを行う隣接画像対応付け手段と、
前記画像間の対応点から中心画像以外の周辺画像を前記3次元眼底面に投影するためのパラメータを得るパラメータ算出手段と、
得られたパラメータを基に、前記周辺画像を正しい縮尺率で投影し3次元眼底画像を構築する周辺画像投影手段とからなる。
また、隣接画像対応付け手段で複数の眼底画像の血管分岐点を特徴点として用い、隣接する画像間の対応付けを行うので、対応点同士を重ねあわせることができる。
さらにパラメータ算出手段で前記画像間の対応点から中心画像以外の周辺画像を前記3次元眼底面に投影するためのパラメータを得ることができ、これを用いて周辺画像投影手段で前記周辺画像を正しい縮尺率で投影することができる。
従って、複数の眼底画像を正しい縮尺率で3次元眼底面に投影して3次元眼底画像を構築し、これを表示するので、1枚の画像ではカバーできない広い範囲の眼底画像を正確な3次元眼底面に投影することができる。
このプログラム及び記憶媒体により、コンピュータを用いて上記手段を実施することができる。
眼底画像取得手段14は、眼底カメラ14aとこれを案内するカメラガイド14bからなり、同一の被験者1の眼底面1aを異なる方向から複数撮影して中心画像を含む複数の眼底画像3として記憶する。
実距離計測手段16は、OCT装置(光学的干渉断層計)16aであり、近赤外線低干渉ビームを観察光として用いて、同一の被験者1の眼底面1aの中心画像上の認識可能な部位間の実距離drを計測する。中心画像上の認識可能な部位とは、血管の分岐点、中心窩、神経乳頭などである。
表示手段20は、コンピュータのディスプレイ装置であり、眼底画像構築手段18で構築した3次元眼底画像を表示する。
S1(超音波波断層画像の取得)では、正確な測定断面の位置情報を得るためにプローブガイド(ジグ)12cを用いてプローブ12bの動きを規制し、超音波測定手段12のBモードで測定を行う。取得した断面動画像はパソコン(コンピュータ)18に取り込み、静止画に変換し記憶する。
S2(3角形メッシュにより表現した眼底面の生成)では、取得した超音波静止断面画像を用いて眼底輪郭上のポイントを自動的に検出したうえ、断面画像の位置情報に合わせて各ポイントの3次元座標を生成する。これに基づいて3角形メッシュにより表現した3次元眼底面4を生成する。
S4(隣接画像間の対応点の検出)では、特徴点として各画像上の血管の分岐点を手動であるいは自動的に検出する。さらに特徴点の隣接画像間の対応付けを行う。
S5(中心画像上の部位間距離の計測)では、中心画像上に認識可能な部位(血管の分岐点、中心窩、神経乳頭など)間の画像上の距離dpを計測する。
S6(OCTなどによる部位間実距離の計測)では、OCT装置(光学的干渉断層計)などによりS5と対応する部位間の実距離drを計測する。
このように、投影(射影)方向、投影位置また縮尺率が既知であれば、上記の中心画像と同様に各画像を既知の眼底面に投影することができ、3次元眼底画像が構築できる。
こうしたことから、上記で投影された中心画像を核として、投影が完了した隣接画像との重複領域での対応点の、S2で生成された既知の3次元眼底面4における空間位置が一致するように後述する計算手段を利用して各画像の投影方向、投影位置また縮尺率を順次に求め投影する(図2B)。
S9の(a)(投影方向、位置および縮尺率の決定)では、図2Aに示したように、画像の投影方向、位置を表すために、局所座標系x-y-zを導入する。これは全体座標系X-Y-Zを回転、平行移動させることにより得られたものとする。従って、二つの座標系の間の座標変換には[数2]の式(2)が成立する。
この式(2)において、sは縮尺率を表す.またRは回転行列、Tは平行移動ベクトルであり、それぞれ[数2]の式(3)(4)で示される。
このように、画像を3次元眼底面に投影するために、s、α、β、γ、TX、TYの6個のパラメータを求めばよい。
また、当特徴点を通り、投影方向(z軸方向)と同じ方向の直線方程式は[数4]の式(8)のようになる。
u1=α、u2=β、u3=γ、u4=TX、u5=TY、u6=s・・・(11a)
構築した3次元眼底画像は、コンピュータグラフィック(CG)を利用して立体的に可視化することができる。CGを利用した可視化では特別な知識なしに眼底の構造を理解できることからインフォームドコンセントに役立たせることができる。
また、構築した3次元眼底画像は計測することが可能であり、この3次元眼底画像を基に医師、技師または自動判別により血管、網膜剥離の範囲、腫瘍などの部位を指定して3次元座標を求めることができる。この設定には可視化した2次元に投影した(モニター上)の画像から2次元の位置をマウスなどで指定した情報を基に3次元座標を算出することが容易である。
(1) 超音波測定機(図4)を使用して生体眼球の3次元眼底面を作成した。
超音波測定機12のBモード測定(眼底形状を測定できるモード)を利用し、複数の断面測定を行った。
得られた複数断面のピクセル画像から画像処理技術を用いて、図2における角膜先端を原点Oとする3次元座標系X-Y-Zに関する座標データをそれぞれ眼底輪郭上において3点以上収集した。
ついで、この眼底面の収集された座標データから3角形メッシュで表現された眼底面(図5)を作成した。
眼底カメラ14を使用して、中心画像(中心窩を含んだ中心の画像)を含め、眼底画像を異なる角度から9枚撮影した。
(3) OCT測定機16(図7)によるデータ収集及び中心映像の投影
OCT測定機16(光学干渉断層計)を使用して、中心窩と視神経乳頭辺縁の実測を行い、中心映像の縮尺率を求め、三角形メッシュ眼底への投影を行った(図9)。
(4) 特徴点データの収集(図8)
眼底画像間の重複する領域での対応する特徴点(重複する眼底血管の分岐点など)の座標を収集した。
(3)で投影された中心画像を核として、(4)で収集された特徴点と(1)での眼底面3角形メッシュの情報を利用して各画像の投影パラメータを順次に求め既知の眼底への投影を行った.
(6)3次元眼底画像の表示(図11)
図11は得られた眼球のビュアー像である。
したがって、本発明は撮影方法の工夫、3次元空間での画像の位置調整は必要なく、かつ任意形状を持つ3次元眼底に対処可能な、血管の連続性が保たれた3次元眼底画像を構築する汎用的な特徴を有する。
4 3次元眼底面、10 3次元眼底画像の構築・表示装置、
12 超音波測定手段、12b プローブ、12c プローブガイド(ジグ)、
14 眼底画像取得手段、14a 眼底カメラ、14b カメラガイド、
16 実距離計測手段、16a OCT装置(光学的干渉断層計)、
18 眼底画像構築手段 (コンピュータ)、20 表示手段(ディスプレイ装置)
Claims (6)
- プローブの動きをジグを用いて規制しプローブから被験者の眼底面に向けて超音波を発振・受信し、眼底の超音波断面画像を取得する超音波測定手段と、
眼底面を異なる方向から複数撮影して中心画像を含む複数の眼底画像として記憶する眼底画像取得手段と、
前記中心画像上の認識可能な部位間の実距離drを計測する実距離計測手段と、
前記複数の眼底画像を正しい縮尺率で前記3次元眼底面に投影して3次元眼底画像を構築する眼底画像構築手段と、
3次元眼底画像を表示する表示手段とを有することを特徴とする3次元眼底画像の構築・表示装置。 - 前記眼底画像構築手段は、
取得した複数の前記超音波断面画像を用いて3次元座標を有する3角形メッシュにより表現した3次元眼底面を生成する眼底面生成手段と、
前記中心画像上の認識可能な部位間の画像上の距離dpを計測する画像上距離計測手段と、
前記画像上の距離dpと実距離drから中心画像の縮尺率Scを決定する中心縮尺決定手段と、
決定した縮尺率を利用して中心画像の縮尺を行い,縮尺した中心画像を前記3次元眼底面へ眼軸方向に投影する中心画像投影手段と、
複数の眼底画像の血管分岐点を特徴点として用い、隣接する画像間の対応付けを行う隣接画像対応付け手段と、
前記画像間の対応点から中心画像以外の周辺画像を前記3次元眼底面に投影するためのパラメータを得るパラメータ算出手段と、
得られたパラメータを基に、前記周辺画像を正しい縮尺率で投影し3次元眼底画像を構築する周辺画像投影手段とからなる、ことを特徴とする請求項1に記載の3次元眼底画像の構築・表示装置。 - コンピュータに、プローブの動きをジグを用いて規制しプローブから被験者の眼底面に向けて超音波を発振・受信し、眼底の超音波断面画像を取得する超音波測定ステップと、
眼底面を異なる方向から複数撮影して中心画像を含む複数の眼底画像として記憶する眼底画像取得ステップと、
前記中心画像上の認識可能な部位間の実距離drを計測する実距離計測ステップと、
前記複数の眼底画像を正しい縮尺率で前記3次元眼底面に投影して3次元眼底画像を構築する眼底画像構築ステップと、
3次元眼底画像を表示する表示ステップとを実行させるための3次元眼底画像の構築・表示プログラム。 - 前記眼底画像構築ステップは、
取得した複数の前記超音波断面画像を用いて3次元座標を有する3角形メッシュにより表現した3次元眼底面を生成する眼底面生成ステップと、
前記中心画像上の認識可能な部位間の画像上の距離dpを計測する画像上距離計測ステップと、
前記画像上の距離dpと実距離drから中心画像の縮尺率Scを決定する中心縮尺決定ステップと、
決定した縮尺率を利用して中心画像の縮尺を行い,縮尺した中心画像を前記3次元眼底面へ眼軸方向に投影する中心画像投影ステップと、
複数の眼底画像の血管分岐点を特徴点として用い、隣接する画像間の対応付けを行う隣接画像対応付けステップと、
前記画像間の対応点から中心画像以外の周辺画像を前記3次元眼底面に投影するためのパラメータを得るパラメータ算出ステップと、
得られたパラメータを基に、前記周辺画像を正しい縮尺率で投影し3次元眼底画像を構築する周辺画像投影ステップとからなる、ことを特徴とする請求項3に記載の3次元眼底画像の構築・表示プログラム。 - コンピュータに、プローブの動きをジグを用いて規制しプローブから被験者の眼底面に向けて超音波を発振・受信し、眼底の超音波断面画像を取得する超音波測定ステップと、
眼底面を異なる方向から複数撮影して中心画像を含む複数の眼底画像として記憶する眼底画像取得ステップと、
前記中心画像上の認識可能な部位間の実距離drを計測する実距離計測ステップと、
前記複数の眼底画像を正しい縮尺率で前記3次元眼底面に投影して3次元眼底画像を構築する眼底画像構築ステップと、
3次元眼底画像を表示する表示ステップとを実行させるための3次元眼底画像の構築・表示プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。 - 前記眼底画像構築ステップは、
取得した複数の前記超音波断面画像を用いて3次元座標を有する3角形メッシュにより表現した3次元眼底面を生成する眼底面生成ステップと、
前記中心画像上の認識可能な部位間の画像上の距離dpを計測する画像上距離計測ステップと、
前記画像上の距離dpと実距離drから中心画像の縮尺率Scを決定する中心縮尺決定ステップと、
決定した縮尺率を利用して中心画像の縮尺を行い,縮尺した中心画像を前記3次元眼底面へ眼軸方向に投影する中心画像投影ステップと、
複数の眼底画像の血管分岐点を特徴点として用い、隣接する画像間の対応付けを行う隣接画像対応付けステップと、
前記画像間の対応点から中心画像以外の周辺画像を前記3次元眼底面に投影するためのパラメータを得るパラメータ算出ステップと、
得られたパラメータを基に、前記周辺画像を正しい縮尺率で投影し3次元眼底画像を構築する周辺画像投影ステップとからなる、ことを特徴とする請求項5に記載のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
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