JP5242492B2 - ３次元画像処理装置 - Google Patents

Description

この発明は、前眼部や眼底の３次元画像を処理する３次元画像処理装置に関するものである。

現在、緑内障における眼圧降下手段として最も広く行われている手術法は、強膜に房水の出口を人工的に作成し、房水排出路として結膜下にブレブ（bleb・濾過胞）と呼ばれる空間を形成する線維柱帯切除術である。しかし、手術後、組織の癒着等によりブレブが消失し、眼圧低下の効果が失われてしまい再び眼圧が上昇することがある。そのため、術後のブレブの観察や評価は不可欠で重要である。

さらに、近年では、深層強膜切除（deep sclerectomy）により強膜内にレイク（lake）と呼ばれる空間を形成するviscocanalostomyという手術法も登場してきており、形成したレイクの体積計測を行う等し、眼圧降下への寄与の研究調査が行われている。

そこで、特許文献１に示されるような光干渉断層撮影装置（OCT装置）により取得される眼球内部の２次元断層画像を解析することで、ブレブやレイクの評価が行われており、特に、体積の定量評価が求められている。

ところで、光干渉断層撮影装置において前眼部を撮影する場合、結膜や強膜など眼球内部の各組織において測定光が散乱してしまうことから、深さ方向への感度が減衰する。特に、フーリエドメイン方式を用いた光干渉断層撮影装置の場合、眼の各組織における反射光のスペクトル信号をフーリエ変換することで、眼の深さ方向の形態を画像化することから、深さ方向への感度の減衰が非常に顕著に現れることになる。なお、図１に、フーリエドメイン方式を用いた前眼部光干渉断層撮影装置にてレイクを撮影した２次元断層画像を示す。

そのため、光干渉断層撮影装置により撮影された２次元断層画像を用いてレイク領域の自動解析を行うと、深さ方向への感度の減衰の影響によりレイク領域が開口していると判断され、領域の自動特定が困難となる場合があった。

特開２００７−２２５３４９号公報

ここにおいて、本発明は上述の如き事情を背景として為されたものであって、その解決課題とするところは、Ｃ−スキャン画像を用いて対象部位の領域特定及びその対象部位の体積測定を行うことにより、計測対象部位領域の自動認識の精度の向上を図ることができ、より正確な体積測定を行うことができる３次元画像処理装置を提供することにある。

以下、前述の如き課題を解決するために為された本発明の態様を記載する。なお、以下に記載の各態様において採用される構成要素は、可能な限り任意の組み合わせで採用可能である。

すなわち、本発明の第一の態様は、光干渉断層法により複数の位置における被検眼の深さ方向の断層画像を撮影することで３次元画像を取得する３次元画像取得手段と、該取得された前記３次元画像を表示する表示手段と、前記３次元画像を解析する画像解析手段とを備えた３次元画像処理装置において、前記画像解析手段は、前記３次元画像からＣ−スキャン画像を抽出するＣ−スキャン画像抽出手段と、該抽出された前記Ｃ−スキャン画像における計測部位を指定する指定手段と、該指定された前記計測部位の領域を特定する計測部位領域特定手段と、該特定された前記計測部位領域の面積を計測する面積計測手段とを備え、前記計測部位の体積計測を行うことを特徴とする。

本態様に従う構造とされた３次元画像処理装置においては、深さ方向に垂直なスライス面であるＣ−スキャン画像を用いて対象部位の領域特定を行うことにより、解析画像のコントラストが一様になり、計測対象部位領域の自動認識の精度の向上を図ることができる。

また、本発明の第二の態様は、前記第一の態様に係る３次元画像処理装置において、前記Ｃ−スキャン画像抽出手段は、前記Ｃ−スキャン画像の前記計測部位を囲む局所画像を抽出する局所画像抽出手段を含む、ことを特徴とする。

本態様に従う構造とされた３次元画像処理装置においては、抽出したＣ−スキャン画像から計測したい対象部位を見つけ、計測対象部位を囲む局所領域を局所画像として抽出することにより、対象部位の計測に必要となる最小限の情報を持った画像に対してのみ解析すればよくなり、解析時間の短縮を図ることができる。

また、本発明の第三の態様は、前記第一又は第二の態様に係る３次元画像処理装置において、前記Ｃ−スキャン画像抽出手段及び前記指定手段は、前記表示手段に表示される少なくとも1枚の前記Ｃ−スキャン画像に対して、検者が手動で抽出ならびに指定を行う操作手段を含むことを特徴とする。

本態様に従う構造とされた３次元画像処理装置においては、少なくとも１枚のＣ−スキャン画像に対して検者が手動で抽出及び指定を行えば、その他Ｃ−スキャン画像に対しては自動で抽出及び指定が行われることから、検者の負担軽減、さらには、解析時間の短縮を図ることができる。

また、本発明の第四の態様は、前記第一乃至第三の態様に係る３次元画像処理装置において、前記Ｃ−スキャン画像抽出手段は、該抽出された前記Ｃ−スキャン画像のコントラストを調整するコントラスト調整手段を含むことを特徴とする。

本態様に従う構造とされた３次元画像処理装置においては、抽出されたＣ−スキャン画像のコントラスト調整を行うことにより、計測対象部位領域の特定がよりし易くなり、さらに、自動特定する場合には、自動認識の精度の向上を図ることができる。

また、本発明の第五の態様は、前記第四の態様に係る３次元画像処理装置において、前記コントラスト調整手段は、コントラスト調整を行う前記Ｃ−スキャン画像に隣接する前記Ｃ−スキャン画像の輝度情報に基づいてコントラスト調整することを特徴とする。

本態様に従う構造とされた３次元画像処理装置においては、コントラスト調整を行うＣ−スキャン画像に隣接するＣ−スキャン画像の輝度情報に基づいてコントラスト調整を行うことにより、確実に計測対象部位領域の解像度を上げることができることから、計測対象部位領域とその他の領域とを分割することができるようになり、より自動認識の精度の向上を図ることができる。

図１は前眼部光干渉断層撮影装置にてレイクを撮影した２次元断層画像の一例を示す画像である。 図２は前眼部３次元画像撮影装置の実施形態の外観の一例を示す概略図である。 図３はスキャン及び増加・減少方向の定義を説明するための説明図である。 図４は前眼部３次元画像撮影装置の実施形態の構成の一例を示す概略ブロック図である。 図５は前眼部３次元画像処理装置における対象部位の体積測定の処理手順の一例を示すフローチャートである。 図６はコントラスト調整前とコントラスト調整後（中心輝度ＴＨ＝９０）の局所画像の一例を示す画像である。

以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明する。

この実施形態では、前眼部３次元画像処理装置を具備した前眼部３次元画像撮影装置について説明する。図２は、この実施形態に係る前眼部３次元画像撮影装置の外観の一例を示す。この前眼部３次元画像撮影装置１００は、コンピュータ１０２と前眼部光干渉断層撮影装置１０４を備えている。コンピュータ１０２と前眼部光干渉断層撮影装置１０４は、ケーブル１０６で接続されている。

前眼部光干渉断層撮影装置１０４は、光干渉断層法により前眼部の断層画像を撮影する装置で、測定光を被検眼に対して一次元走査することで２次元断層画像を取得し（Ｂ−スキャン）、２次元断層画像に垂直方向に位置をずらしながら複数の２次元断層画像を取得することで３次元画像を得る（Ｃ−スキャン）。詳細については、本出願人による特願２００７−３１９５６３号等を参照されたい。なお、本明細書において、Ｂ−スキャン画像とは、前眼部の垂直方向の断層像（２次元断層画像；Ｘ−Ｙ面，又は，Ｙ−Ｚ面）であり、Ｃ−スキャン画像とは、前眼部の平面画像（Ｘ−Ｙ面）である。（図３参照）前眼部光干渉断層撮影装置１０４は、撮影した前眼部の３次元画像のデジタルデータをケーブル１０６を通じてコンピュータ１０２に送信する。

コンピュータ１０２は、前眼部光干渉断層撮影装置１０４から送信されたデジタルデータを受信する。この受信したデジタルデータに対して後述の処理を適用することにより、前眼部解析に最適な画像へと補正し、前眼部解析を行う。なお、コンピュータ１０２は、この発明の「前眼部３次元画像処理装置」の一例である。

コンピュータ１０２は、従来のコンピュータと同様に、マイクロプロセッサ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスクドライブ、表示デバイス、操作デバイス等を含んで構成される。ハードディスクドライブには、コンピュータプログラムが予め格納されている。マイクロプロセッサは、コンピュータプログラムをＲＡＭに展開することにより、後述の処理をコンピュータに実行させる。

次に、図４は、この実施形態に係る前眼部３次元画像撮影装置１００の構成の概略ブロック図を表している。この前眼部３次元画像撮影装置１００は、制御部１０、記憶部１２、表示部１４、操作部１６、画像解析部１８及び３次元画像撮影部２０から構成される。なお、コンピュータ１０２は、制御部１０、記憶部１２、表示部１４、操作部１６及び画像解析部１８から構成され、前眼部光干渉断層装置１０４は、３次元画像撮影部２０の一例として機能する。

制御部１０は、前眼部３次元画像撮影装置１００の各部を制御する。特に、制御部１０は、前眼部の３次元画像を表示部１４に表示させたり、操作部１６を用いて操作がなされたときに、その操作内容に応じた処理を前眼部３次元画像撮影装置１００に実行させる。また、記憶部１２に記憶された情報を読み出す処理や、記憶部１２に情報を記憶させる処理を行う。制御部１０は、コンピュータ１０２のマイクロプロセッサを含んで構成される。

記憶部１２は、前述のコンピュータプログラムや３次元画像を含む各種の情報を記憶する。記憶部１２は、ハードディスクドライブを含んで構成され、ＲＡＭやＲＯＭを含んでいてもよい。

表示部１４は、制御部１０により制御された情報を表示する表示デバイスである。表示部１４は、例えば、液晶ディスプレイ等により構成される。

操作部１６は、前眼部３次元画像撮影装置１００を操作するときや、前眼部３次元画像撮影装置１００に情報を入力するときなどに検者により操作される。操作部１６は、検者による操作に応じた信号を制御部１０に入力する。制御部１０は、この信号に基づいて前眼部３次元画像撮影装置１００を動作させる。操作部１６は、例えば、キーボード、マウスなどを含んで構成される。

なお、表示部１４と操作部１６は、それぞれ個別のデバイスから構成されている必要はない。例えば、表示デバイスと操作デバイスとを一体化したタッチパネルを用いることも可能である。

画像解析部１８は、３次元画像における対象部位の体積測定を行う。画像処理部は、マイクロプロセッサを含んで構成される。

以上のような構成を有する前眼部３次元画像撮影装置１００において、画像解析部１８が実行する対象部位の体積測定の処理手順の概略を図５に示し、以降、順に説明する。

Ｓ１において、検者は、前眼部３次元画像からコントラストのよいｉ番目のＣ−スキャン画像を１枚選択し、抽出する。

Ｓ２において、制御部１０は、抽出したＣ−スキャン画像（ｉ番目）を表示部１４に表示させる。

Ｓ３において、検者は、表示部１４に表示されたＣ−スキャン画像（ｉ番目）に対して、操作部１６を操作して計測部位を囲む局所画像の指定を行う。つまり、検者が表示部１４に表示されたＣ−スキャン画像（ｉ番目）を観察して計測したい部位、例えば、レイクに相当する部分を見つけ、その部位を囲む局所領域をマウスのドラッグ動作等により入力する。そして、制御部１０は、入力された領域をｉ番目の局所画像として取得する。

Ｓ４において、制御部１０は、取得した局所画像（ｉ番目）を表示部１４に表示させ、検者は表示部１４に表示された局所画像（ｉ番目）に対して、操作部１６を操作して計測部位の指定を行う。つまり、検者が表示部１４に表示された局所画像（ｉ番目）のレイク内の１点Ｐをマウスのクリック動作等により入力する。このとき、入力する１点Ｐは、レイクの略中心であることが好ましい。

Ｓ５において、制御部１０は、Ｓ３（Ｓ１５）にて取得された局所画像の輝度のクラスタリングのパターン数Ｎの初期値を設定する。本実施例では、Ｎ＝３と初期値を設定する。これは、Ｎ＝３より大きくなると、計測部位領域を抽出するためにクラス間を融合したりする等の処理が必要となることから、検知精度が悪くなる恐れがあり、さらに、画像処理時間も長くなる。逆に、Ｎ＝３より小さいと計測部位領域が開口してしまう恐れがある。そのため、初期値としては、Ｎ＝３がより好適に採用される。

Ｓ６において、制御部１０は、クラスタリングのアルゴリズムを用いて局所画像をＮ値化する。

Ｓ７において、制御部１０は、クラスタリングされた局所画像において、Ｓ４（Ｓ１４）にて指定した点Ｐのある領域をレイク領域として特定する。

Ｓ８において、制御部１０は、特定されたレイク領域が開口しているかどうかを判定する。レイク領域が開口していると判定された場合には、Ｓ９の処理を行う。レイク領域が開口していないと判定された場合には、良好な画像であると評価され、Ｓ１０以降の処理が行われる。

Ｓ９において、制御部１０は、クラスタリングのパターン数：Ｎに１を加算する。そして、Ｓ６以降の処理を再び実行する。

Ｓ１０において、制御部１０は、レイクの領域が特定されると、レイク領域の面積Ｓ、重心Ｇを算出する。

Ｓ１１において、制御部１０は、算出された面積Ｓが予め設定された面積閾値ＭｉｎＳよりも小さいかどうかを判定する。そして、面積Ｓ≧面積閾値ＭｉｎＳの場合、レイク領域は存在すると評価され、Ｓ１２の処理を行う。面積Ｓ＜面積閾値ＭｉｎＳの場合、レイク領域は存在しないと評価され、Ｓ１６以降の処理が行われる。

Ｓ１２において、制御部１０は、Ｓ１０にて算出された面積Ｓを累積する。

Ｓ１３において、制御部１０は、ｉ番目のＣ−スキャン画像の解析が終わると、隣接するＣ−スキャン画像の解析を行う。隣接するＣ−スキャン画像の解析は、ｉ番目のＣ−スキャン画像を基準として増加方向と減少方向において行われる。（図３参照）増加方向解析の場合にはｉ＝ｉ＋１番目、減少方向解析の場合には、ｉ＝ｉ−１番目のＣ−スキャン画像の抽出が行われる。

Ｓ１４において、制御部１０は、抽出されたＣ−スキャン画像（ｉ＝ｉ＋１番目またはｉ＝ｉ−１番目）において、Ｓ１０にて算出されたレイク領域の重心Ｇ、形状や位置を用いて、Ｃ−スキャン画像（ｉ＝ｉ＋１番目またはｉ＝ｉ−１番目）のレイク領域の自動指定を行い、局所画像（ｉ＝ｉ＋１番目またはｉ＝ｉ−１番目）の取得が行われる。さらに、制御部１０は、Ｓ１０にて算出された重心Ｇを、Ｃ−スキャン画像（ｉ＝ｉ＋１番目またはｉ＝ｉ−１番目）における計測するレイク対象（点Ｐ）として自動指定する。

Ｓ１５において、制御部１０は、局所画像（ｉ＝ｉ＋１番目またはｉ＝ｉ−１番目）のコントラスト調整を行う。本実施例では、まず、コントラスト調整を行いたい局所画像（ｉ＝ｉ＋１番目またはｉ＝ｉ−１番目）に隣接する局所画像（ｉ番目）の輝度情報を用いて、局所画像（ｉ＝ｉ＋１番目またはｉ＝ｉ−１番目）の輝度調整を行う。具体的には、Ｓ６にて算出された局所画像（ｉ番目）のレイク領域でない領域の中心輝度ＴＨを、局所画像（ｉ＝ｉ＋１番目またはｉ＝ｉ−１番目）の最大輝度値として変換する。つまり、局所画像（ｉ＝ｉ＋１番目またはｉ＝ｉ−１番目）の輝度情報を解析し、中心輝度ＴＨより高い輝度が存在した場合、全て中心輝度ＴＨに変換させる。そして、制御部１０は、局所画像（ｉ＝ｉ＋１番目またはｉ＝ｉ−１番目）のコントラストを０〜ＴＨから０〜２５５に強調する。本実施例では、レイク領域でない領域を、レイク領域よりも２クラス輝度が高い領域とする。なお、図６に、コントラスト調整前とコントラスト調整後（中心輝度ＴＨ＝９０）の局所画像を示す。

Ｓ１６において、制御部１０は、Ｓ１２により累積した面積にＣ−スキャン画像間距離を乗算することにより、レイクの体積を算出する。

以上、本発明の一実施形態について詳述してきたが、かかる実施形態における具体的な記載によって、本発明は、何等限定されるものでなく、当業者の知識に基づいて種々なる変更、修正、改良等を加えた態様で実施可能であり、また、そのような実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限り、何れも、本発明の範囲内に含まれるものであることは、言うまでもない。

例えば、本実施例では、前眼部３次元画像撮影装置１００として前眼部光干渉断層撮影装置１０４を用いているが、これに限定されず、３次元画像のデジタルデータを取得可能な装置であればよく、例えば、超音波前眼部観察装置でもよい。そして、この前眼部３次元画像撮影装置１００であるコンピュータ１０２と前眼部光干渉断層撮影装置１０４とをケーブル１０６で接続しているが、通信回線上のサーバに前眼部光干渉断層撮影装置で撮影した前眼部の３次元画像を保存し、前眼部３次元画像処理装置が撮影画像を読み出す構成であってもよい。また、前眼部３次元画像処理装置を具備した前眼部３次元画像処理装置としたが、前眼部３次元画像撮影装置のみから構成されていてもよい。つまり、前眼部３次元画像処理装置を前眼部３次元画像撮影装置に搭載してもよい。

また、本実施例では、前眼部を対象としてレイクの体積測定を行っているが、ブレブの体積測定を行ってもよい。また、眼底を対象として黄斑浮腫における嚢胞や加齢黄斑変性の前駆病変であるドルーゼンの体積測定も可能である。つまり、閉じた空間を形成する対象部位の体積測定であれば適用可能である。

また、本実施例の画像処理部１８が実行する対象部位の体積測定の処理のＳ５では、Ｎ＝３と初期値を設定しているが、これに限定されず、Ｎ＝２と設定してもよい。なお、この場合には、画像処理部１８が実行する対象部位の体積測定の処理のＳ１５において、レイク領域でない領域は、レイク領域よりも１クラス輝度が高い領域となり、その領域の輝度情報に基づいて輝度調整が行われる。

また、本実施例の画像処理部１８が実行する対象部位の体積測定の処理のＳ１５では、レイク領域でない領域を、レイク領域よりも２クラス輝度が高い領域としているが、これに限定されず、レイク領域よりも３クラス輝度が高い領域でもよい。なお、この場合には、クラスタリングのパターン数Ｎを４に設定する必要がある。

１０ 制御部
１２ 記憶部
１４ 表示部
１６ 操作部
１８ 画像解析部
２０ ３次元画像撮影部

Claims (5)

1. 光干渉断層法により複数の位置における被検眼の深さ方向の断層画像を撮影することで３次元画像を取得する３次元画像取得手段と、該取得された前記３次元画像を表示する表示手段と、前記３次元画像を解析する画像解析手段とを備えた３次元画像処理装置において、
   前記画像解析手段は、前記３次元画像からＣ−スキャン画像を抽出するＣ−スキャン画像抽出手段と、該抽出された前記Ｃ−スキャン画像における計測部位を指定する指定手段と、該指定された前記計測部位の領域を特定する計測部位領域特定手段と、該特定された前記計測部位領域の面積を計測する面積計測手段とを備え、前記計測部位の体積計測を行うことを特徴とする３次元画像処理装置。
   
2. 前記Ｃ−スキャン画像抽出手段は、前記Ｃ−スキャン画像の前記計測部位を囲む局所画像を抽出する局所画像抽出手段を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の３次元画像処理装置。
3. 前記Ｃ−スキャン画像抽出手段及び前記指定手段は、前記表示手段に表示される少なくとも１枚の前記Ｃ−スキャン画像に対して、検者が手動で抽出ならびに指定を行う操作手段を含む、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の３次元画像処理装置。
4. 前記Ｃ−スキャン画像抽出手段は、該抽出された前記Ｃ−スキャン画像のコントラストを調整するコントラスト調整手段を含む、ことを特徴とする請求項１乃至３に記載の３次元画像処理装置。
5. 前記コントラスト調整手段は、コントラスト調整を行う前記Ｃ−スキャン画像に隣接する前記Ｃ−スキャン画像の輝度情報に基づいてコントラスト調整する、ことを特徴とする請求項４に記載の３次元画像処理装置。