JP5587014B2 - Ophthalmic equipment - Google Patents
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Description
本発明は、走査光により被検眼眼底の撮影・治療を行う光走査型眼科装置に関する。 The present invention relates to an optical scanning ophthalmologic apparatus for photographing and treating a fundus of a subject's eye with scanning light.
被検眼眼底に光束を照射し、照射された光束を光スキャナで走査することにより眼底の撮影・治療等を行うために光走査型眼科装置が知られている。 2. Description of the Related Art An optical scanning ophthalmologic apparatus is known for performing imaging, treatment, and the like of a fundus by irradiating a light beam to a subject's eye fundus and scanning the irradiated light beam with an optical scanner.
例えば、眼底断層像を得る眼底用光干渉断層計(OCT)が知られており、さらに、刺激前後の断層画像から網膜の内因性信号を抽出し、網膜機能を計測する装置が開示されている(特許文献1)。 For example, a fundus optical coherence tomography (OCT) for obtaining a fundus tomographic image is known, and an apparatus for extracting an intrinsic signal of the retina from tomographic images before and after stimulation and measuring a retinal function is disclosed. (Patent Document 1).
また、眼底を治療するための治療用光源から発せられたレーザ光を眼底上で走査させて、眼底の治療を行うスキャニングレーザ装置が知られている。 There is also known a scanning laser device that performs treatment of the fundus by scanning the fundus with laser light emitted from a treatment light source for treating the fundus.
上記のような装置において、正確な計測・治療を行うためには、厳密な位置決めの元に光束を照射する必要がある。しかしながら、眼底に照射される光束は被検眼の眼球運動によって照射位置がずれてしまうため、眼底上における所定の位置に正確に光束を照射することは難しい。 In the apparatus as described above, in order to perform accurate measurement / treatment, it is necessary to irradiate a light beam with strict positioning. However, since the irradiation position of the light beam applied to the fundus is shifted by the eye movement of the eye to be examined, it is difficult to accurately apply the light beam to a predetermined position on the fundus.
請求項1に係る本発明は、上記問題点を鑑み、被検眼の眼球運動があっても、眼底上の所定位置に正確に光束を照射できる光走査型眼科装置を提供することを技術課題とする。
In view of the above problems, the present invention according to
上記課題を解決するために、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention is characterized by having the following configuration.
(1)
光源と、該光源から出射された光束の進行方向を変えるための少なくとも一つの光スキャナとを有し、眼底に向けて走査光を照射するための光走査光学系と、
前記眼底を照明する照明光を照射する照明光学系、前記照明光により照明された眼底の正面像を二次元撮像素子により撮像する撮像光学系、を有する眼底観察光学系と、
前記光スキャナの駆動を制御して前記二次元撮像素子に走査光を撮像させると共に、前記二次元撮像素子からの撮像画像における前記走査光を検出することにより前記走査光の始点と終点までの距離をピクセル単位で求め、求められた距離に基づいて単位ピクセル当たりの前記走査光の画角情報を求める走査光検出手段と、
所定のフレームレートにて前記二次元撮像素子から出力される撮像画像に基づいて眼底の位置ずれ情報をピクセル単位で検出する位置ずれ検出手段と、
前記位置ずれ検出手段の検出結果に基づいて前記光スキャナの駆動を制御し、前記光走査光学系による走査位置のずれが補正されるように眼底上における走査光の走査位置を補正する走査位置補正手段であり、前記走査光検出手段の検出結果に基づいてピクセル単位で検出される前記位置ずれ情報に対する前記光スキャナの駆動量を設定する走査位置補正手段と、を備え、前記走査光により被検眼眼底の撮影又は治療を行う。
(2) (1)の前記光走査光学系は、該光源から出射された光束を測定光束と参照光束に分けるビームスプリッタを有し、眼底で反射した測定光束と参照光束との合成により得られる干渉光を第1の受光素子により検出する干渉光学系であって、
前記干渉光学系及び前記光スキャナを制御し、被検眼眼底のある走査範囲を連続的に走査し、前記受光素子からの信号に基づいて眼底断層像を取得する撮影制御手段を備えることを特徴とする。
(3)
光源と、該光源から出射された光束の進行方向を変えるための少なくとも一つの光スキャナとを有し、眼底に向けて走査光を照射するための光走査光学系と、
前記眼底を照明する照明光を照射する照明光学系、前記照明光により照明された眼底の正面像を二次元撮像素子により撮像する撮像光学系、を有する眼底観察光学系と、
前記光スキャナの駆動を制御して前記二次元撮像素子に走査光を撮像させると共に、前記二次元撮像素子からの撮像画像における前記走査光を検出することにより前記走査光の始点と終点までの距離をピクセル単位で求める走査光検出手段と、
を備え、前記走査光により被検眼眼底の撮影又は治療を行う。
(1)
An optical scanning optical system having a light source and at least one optical scanner for changing a traveling direction of a light beam emitted from the light source, and irradiating scanning light toward the fundus;
A fundus observation optical system comprising: an illumination optical system that illuminates illumination light that illuminates the fundus; and an imaging optical system that captures a front image of the fundus illuminated by the illumination light with a two-dimensional imaging device;
The distance between the start point and the end point of the scanning light by controlling the driving of the optical scanner to cause the two-dimensional imaging device to pick up the scanning light and detecting the scanning light in the captured image from the two-dimensional imaging device Scanning light detection means for obtaining the angle-of-view information of the scanning light per unit pixel based on the obtained distance,
Displacement detection means for detecting fundus displacement information in units of pixels based on a captured image output from the two-dimensional image sensor at a predetermined frame rate;
Scanning position correction for controlling the driving of the optical scanner based on the detection result of the positional deviation detection means and correcting the scanning position of the scanning light on the fundus so that the deviation of the scanning position by the optical scanning optical system is corrected. Scanning position correction means for setting a driving amount of the optical scanner with respect to the positional deviation information detected in units of pixels based on a detection result of the scanning light detection means, and the eye to be inspected by the scanning light The fundus is photographed or treated .
(2) The optical scanning optical system of (1) includes a beam splitter that divides the light beam emitted from the light source into a measurement light beam and a reference light beam, and is obtained by combining the measurement light beam reflected from the fundus and the reference light beam. An interference optical system for detecting interference light by a first light receiving element,
It comprises an imaging control means for controlling the interference optical system and the optical scanner , continuously scanning a scanning range with a fundus of the eye to be examined, and acquiring a fundus tomographic image based on a signal from the light receiving element. To do .
(3)
An optical scanning optical system having a light source and at least one optical scanner for changing a traveling direction of a light beam emitted from the light source, and irradiating scanning light toward the fundus;
A fundus observation optical system comprising: an illumination optical system that illuminates illumination light that illuminates the fundus; and an imaging optical system that captures a front image of the fundus illuminated by the illumination light with a two-dimensional imaging device;
The distance between the start point and the end point of the scanning light by controlling the driving of the optical scanner to cause the two-dimensional imaging device to pick up the scanning light and detecting the scanning light in the captured image from the two-dimensional imaging device Scanning light detection means for obtaining a pixel unit,
And taking or treating the fundus of the eye to be examined with the scanning light.
請求項1に係る本発明によれば、被検眼の眼球運動があっても、眼底上の所定位置に正確に光束を照射できる。
According to the first aspect of the present invention, it is possible to accurately irradiate a predetermined position on the fundus even when there is eye movement of the eye to be examined.
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は本実施形態に係る光走査型眼科装置の光学系を示す概略構成図である。なお、以下の説明では、光走査型眼科装置の一つである網膜機能計測装置を例にとって説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an optical system of the optical scanning ophthalmic apparatus according to the present embodiment. In the following description, a retinal function measuring device, which is one of optical scanning ophthalmic devices, will be described as an example.
図1において、本装置の光学系は、被検者眼Eの網膜領域を照明する観察照明光学系10と、観察照明光学系10によって照明された網膜領域からの反射光を受光して眼底画像を得るための受光光学系(眼底観察光学系)20と、被検者眼の網膜領域に可視刺激光を照射して網膜を刺激するための刺激光照射光学系30と、被検者眼を固視させるための固視光学系40と、眼Eの網膜領域における断層画像を撮影するための干渉光学系(OCT光学系)200と、に大別される。
In FIG. 1, the optical system of the present apparatus receives an observation illumination
観察照明光学系10は、ハロゲンランプ等の観察光源11、例えば波長800nm〜900nmの赤外光を透過する赤外フィルタ12、集光レンズ13、赤外光を反射し可視光を透過する特性を持つダイクロイックミラー14、リング状の開口を有するリングスリット15、投光レンズ16、孔あきミラー17、対物レンズ18を含む。なお、リングスリット15及び孔あきミラー17は、被検者眼Eの瞳孔と略共役な位置に配置されている。観察光源11から発せられた観察用照明光は、赤外フィルタ12により赤外光束とされ、集光レンズ13にて集光されたのち、ダイクロイックミラー14により反射されてリングスリット15を照明する。リングスリット15を透過した光は、投光レンズ16を介して孔あきミラー17に達する。孔あきミラー17のミラー部分で反射された光の大部分は、ダイクロイックミラー60及び対物レンズ18を介して、被検者眼Eの瞳孔付近で一旦収束された後、拡散されて被検者眼Eの網膜の所定領域を連続的に照明する。
The observation illumination
刺激光照射光学系30は、網膜領域に刺激を与えるための可視フラッシュ光を発光する刺激用光源31(例えば、フラッシュランプ、可視LED、等)、集光レンズ33、観察照明光学系10と光路を共用するリングスリット15〜対物レンズ18までの光学系を含む。刺激用光源は、可視フラッシュ光を単発またはフリッカー状に照射可能である。ここで、刺激用光源で発光した可視フラッシュ光は、集光レンズ33、ダイクロイックミラー14を介して、観察用照明光と同様の光路を経て被検者眼Eの網膜領域に照射される。
The stimulation light irradiation
受光光学系20は、対物レンズ18、光軸方向に移動可能なフォーカシングレンズ21、結像レンズ22、二次元受光素子23(例えば、二次元CCDセンサ)を含む。フォーカシングレンズ21は、駆動機構50の駆動により光軸方向に移動する。観察光源11によって照明された網膜領域からの反射光は、対物レンズ18、ダイクロイックミラー60を介して孔あきミラー17の前で一旦集光されたのち、孔あきミラー17の開口を通過する。そして、孔あきミラー17の開口(ホール部)を通過した反射光は、フォーカシングレンズ21を介して、結像レンズ22によって集光された後、二次元受光素子23上に結像される。受光光学系20は、被検眼眼底で反射した光束を二次元撮像素子により受光して被検眼の眼底正面画像を撮影する眼底カメラ光学系を形成する。
The light receiving
固視光学系40は、可視光を発光する固視光源41、ピンホール(または固視用チャート)42、可視光を反射し赤外光を透過する特性を有するダイクロイックミラー29を持ち、ダイクロイックミラー29〜対物レンズ18までの光路を受光光学系20と共用する。ピンホール42は、被検者眼Eの網膜の観察点(撮影点)と略共役な位置に配置される。固視光源41を発した光は、ピンホール42を通り、ダイクロイックミラー29にて反射された後、網膜からの反射光とは逆方向の光路を経て(結像レンズ22〜対物レンズ18)被検者眼の網膜上で結像する。
The fixation
ダイクロイックミラー60は、受光光学系20の光路とOCT光学系200の光路を分割する光分割部材として用いられる。ダイクロイックミラー60は、光源27から出射された光(測定光)の大部分を反射する一方、光源27から出射された光の一部、光源31及び光源11から出射された光を透過する波長特性を有する。また、撮像素子23の撮像面は、眼底と共役な位置に配置されている。
The dichroic mirror 60 is used as a light splitting member that splits the optical path of the light receiving
干渉光学系200と受光光学系20は、例えば、断層画像の取得に用いる測定光(第1の光束)と、眼底正面画像の取得に用いる照明光(第2の光束)と、が互いに異なる波長帯域となるように形成される。また、干渉光学系200と受光光学系20とが同じ波長帯域を用いる場合もありうる。この場合、ダイクロイックミラー60の代わりにハーフミラーを用いればよい。
For example, the interference
次に、ダイクロイックミラー60の反射側に設けられたOCT光学系200の構成について説明する。干渉光学系200は、光源から出射された光束を測定光束と参照光束に分け、測定光束を被検眼眼底に導き,参照光束を参照光学系に導いた後、眼底で反射した測定光束と参照光束との合成により得られる干渉光を受光素子に受光させる。
Next, the configuration of the OCT
27はOCT光学系200の測定光及び参照光として用いられる低コヒーレントな光を発するOCT光源であり、例えばSLD光源等が用いられる。OCT光源27には、例えば、中心波長1050nmで50nmの帯域を持つ光源が用いられる。26は光分割部材と光結合部材としての役割を兼用するファイバーカップラー(ビームスプリッタ)である。OCT光源27から発せられた光は、導光路としての光ファイバ67を介して、ファイバーカップラー26によって参照光と測定光とに分割される。測定光は光ファイバ64を介して被検眼Eへと向かい、参照光は光ファイバ65を介して参照ミラー28へと向かう。
測定光を被検眼Eへ向けて出射する光路には、測定光を出射する光ファイバ64、コリメートレンズ69、被検眼の屈折誤差に合わせて光軸方向に移動可能なフォーカシングレンズ63、走査駆動機構51の駆動により眼底上でXY方向に測定光を走査させることが可能な2つのガルバノミラーの組み合せからなる走査部62、が配置されている。ダイクロイックミラー60及び対物レンズ18は、OCT光学系200からのOCT測定光を被検眼眼底へと導光する導光光学系としての役割を有する。なお、本実施形態の走査部62では、2つのガルバノミラーによって測定光の反射角度を任意に調整することにより、眼底上に走査させる測定光の走査方向を任意に設定できるような構成となっている。よって、被検眼眼底の任意の領域の断層画像を得ることが可能となる。なお、光ファイバ64の端部は、被検眼眼底と共役となるように配置される。また、走査部62の2つのガルバノミラーは、被検眼瞳孔と略共役な位置に配置される。
In the optical path for emitting the measurement light toward the eye E, an
上記ガルバノミラー及び走査駆動機構51は、干渉光学系200の光路中に配置され,被検眼眼底上で横断方向(XY方向)に測定光束を走査させるために測定光束の進行方向を変える光スキャナ(光走査部)として用いられる。光スキャナには、ミラーの他、光の進行(偏向)方向を変化させる音響光学素子(AOM)等が用いられる。
The galvanometer mirror and scanning drive mechanism 51 is disposed in the optical path of the interference
光ファイバ64から出射した測定光は、コリメートレンズ69によってコリメートされた後、フォーカシングレンズ63を介して、走査部62に達し、2つのガルバノミラーの駆動により反射方向が変えられる。そして、走査部62で反射された測定光は、ダイクロイックミラー60で反射された後、対物レンズ18を介して、被検眼眼底に集光される。
The measurement light emitted from the
そして、眼底で反射した測定光は、対物レンズ18を介して、ダイクロイックミラー60で反射し、OCT光学系200に向かい、走査部62の2つのガルバノミラー、フォーカシングレンズ63及びコリメートレンズ69を介して、光ファイバ64の端部に入射する。光ファイバ63に入射した測定光は、ファイバーカップラー26、光ファイバ66を介して、光ファイバ66の端部に達する。
Then, the measurement light reflected from the fundus is reflected by the dichroic mirror 60 via the
一方、参照光を参照ミラー28に向けて出射する光路には、参照光を出射する光ファイバ65、コリメータレンズ25、参照ミラー28が配置されている。参照ミラー28は、参照光の光路長を変化させるべく、参照ミラー駆動機構52により光軸方向に移動可能な構成となっている。なお、上記参照光学系は、上記反射型に限るものではなく、透過型の光学系であってもよい。
On the other hand, an
光ファイバー65の端部から出射した参照光は、コリメータレンズ25で平行光束とされ、参照ミラー28で反射された後、コリメータレンズ25により集光されて光ファイバ65の端部に入射する。光ファイバー65に入射した参照光は、ファイバーカップラー26に達する。
The reference light emitted from the end of the
そして、光源27から発せられた光によって前述のように生成される参照光と被検眼眼底に照射された測定光による眼底反射光は、ファイバーカップラー26にて合成され干渉光とされた後、光ファイバ66の端部から出射される。800は周波数毎の干渉信号を得るために干渉光を周波数成分に分光する分光光学系800(スペクトロメータ部)であり、コリメータレンズ80、グレーティングミラー(回折格子)81、集光レンズ82、受光素子83にて構成されている。受光素子83は、OCT光源の波長帯域に感度を有する一次元素子(ラインセンサ)を用いている。
Then, the reference light generated as described above by the light emitted from the
ここで、光ファイバ66の端部から出射された干渉光は、コリメータレンズ80にて平行光とされた後、グレーティング81にて周波数成分に分光される。そして、周波数成分に分光された干渉光は、集光レンズ82を介して、受光素子83の受光面に集光する。これにより、受光素子83上で干渉縞のスペクトル情報が記録される。そして、そのスペクトル情報が制御部70へと入力され、フーリエ変換を用いて解析することで、被験者眼の深さ方向における情報(Aスキャン信号)が計測可能となる。ここで、制御部70は、走査部62により測定光を眼底上で所定の横断方向に走査することにより断層画像を取得できる。すなわち、XY方向に走査することにより、XY平面におけるZ方向の断層画像を取得できる(なお、本実施形態においては、このように測定光を眼底に対して1次元走査し、断層画像を得る方式をBスキャンとする)。なお、取得された断層画像は、制御部70に接続されたメモリ72に記憶される。さらに、測定光をXY方向に2次元的に走査することにより、被検眼眼底の3次元画像を取得することも可能である。なお、本実施形態におけるOCT画像の取得は、走査部62に設けられた2つのガルバノミラーによって行われる。なお、上記説明においては、SD−OCTを例に挙げたが、これに限るものではなく、もちろん、SS―OCT(swept source OCT)、TD−OCT(Time domain OCT)でも良い。
Here, the interference light emitted from the end of the
制御部70は装置全体の制御を行う。制御部70には、観察光源11、刺激用光源31、固視光源41、フォーカス駆動機構50、撮像素子23、走査駆動機構51、参照ミラー駆動機構52、フォーカシングレンズ63を光軸方向に移動させるための第1駆動機構63a、受光素子83、メモリ(記憶部)72、コントロール部74が接続されている。なお、制御部70は、被検者眼眼底の画像形成や網膜機能を画像化するための画像処理部としての機能も有する。75はモニタであり、制御部70により表示制御される。メモリ72は種々の情報を記憶しておくためのものである。コントロール部74は各種入力操作を行うためのものである。例えば、コントロール部74には、マウスが接続される。
The
ここで、制御部70は、受光素子83から出力される受光信号に基づいて画像処理により眼底断層像を形成させると共に、撮像素子23から出力される撮像信号に基づいて画像処理により眼底正面像を形成させる(図2参照)。図2(a)は眼底正面像であり、眼底像F,マスクMが含まれる。図2(b)は眼底断層像である。
Here, the
また、断層画像の取得と眼底正面像の取得は、同時並行で行われる。なお、撮像素子23のフレームレートは、断層画像を取得する際のフレームレートに合わせて設定される。例えば、30fps〜50fpsに設定される。
In addition, acquisition of a tomographic image and acquisition of a fundus front image are performed in parallel. The frame rate of the
ここで、制御部70は、干渉光学系200、ガルバノミラー及び走査駆動機構51、刺激光照射光学系30を制御し、被検眼眼底のある走査範囲を連続的に走査し、受光素子83からの信号に基づいて網膜刺激前後の眼底断層像を所定時間連続的に取得する(図3参照)。
Here, the
図3、図4は眼底に対するアクティブトラッキングの具体例について説明する図である。図3は、断層画像の計測、眼球追尾の流れの具体例を示す図である。図4は、テンプレートマッチングについて説明する図である。 3 and 4 are diagrams for explaining a specific example of active tracking for the fundus. FIG. 3 is a diagram illustrating a specific example of the flow of tomographic image measurement and eye tracking. FIG. 4 is a diagram for explaining template matching.
制御部70は、所定のフレームレートにて撮像素子23からの出力信号に基づいて眼底正面画像を随時取得し、随時取得される計測画像と基準画像とを比較して眼球移動情報ΔP(走査位置のずれ情報)を検出する。そして、検出された眼球移動情報ΔPに基づいて測定光の走査位置を随時補正し、補正された走査位置に基づいて断層画像を得る(アクティブトラッキング)。
The
<単位ピクセル当たりの走査光の画角の検出>
上記トラッキングを行う場合、眼球移動情報ΔPと走査位置の補正量との間にずれがある場合、眼底上の走査位置がずれてしまい、正確なトラッキングを行うことができない。そこで、単位ピクセル当たりの走査光の画角(振れ角)を予め求めておくことにより、眼球運動に対応するトラッキング信号を補正する手法について説明する。
<Detection of angle of view of scanning light per unit pixel>
When performing the tracking, if there is a deviation between the eye movement information ΔP and the correction amount of the scanning position, the scanning position on the fundus is displaced, and accurate tracking cannot be performed. Therefore, a method for correcting the tracking signal corresponding to the eye movement by obtaining the angle of view (deflection angle) of the scanning light per unit pixel in advance will be described.
ここで、制御部70は、駆動機構51の駆動を制御して撮像素子23に走査光を撮像させると共に、撮像素子23からの撮像画像における走査光を検出し単位ピクセル当たりの走査光の画角情報(αp)を検出する(図5参照)。そして、制御部70は、画角情報の検出結果に基づいてピクセル単位で検出される眼球移動情報ΔPに対する駆動機構51の駆動量を設定する。
Here, the
具体例を以下に説明する。図5は受光光学系20の撮像素子23によって撮像された画像である。制御部70は、駆動機構51を駆動させ、予め設定された撮影画角αの断層画像が得られるように走査部62のガルバノミラーを所定の角度範囲にて動作させる。光源27からの光が眼底上を走査されると、その反射光の一部は、ダイクロイックミラー60を透過し、撮像素子23に結像(受光)される。
A specific example will be described below. FIG. 5 is an image captured by the
そして、制御部70は、測定光が走査された状態での眼底正面像を取得し、メモリ72に記憶する。図5に示すように、撮像画像には、走査光(測定光)の走査位置を示すラインSLが形成される。ラインSLに関し、始点Aは光走査の始点、終点Bは光走査の終点である。ラインSLは、走査光の走査位置、走査方向、走査範囲についての情報を含んでいる。撮影画角αは、瞳孔を中心に旋回される測定光の振れ角であり、眼底上での走査光の走査範囲を表す。
Then, the
次に、制御部70は、ラインSLの始点Aと終点Bの座標位置を画像処理(例えば、パターンマッチング)により検出し、始点Aから終点Bまでの距離γを検出する。距離γは撮像素子23のピクセル単位で検出される。
Next, the
撮影画角αは既知であるから、制御部70は、距離γを撮影画角αで割ることにより、1ピクセル当たりの走査光の画角(αp=γ/α)を求める。なお、上記画角αpの検出は、実際に断層画像を取得する前、又は断層画像の取得中に行われる。
Since the shooting angle of view α is known, the
<画角αpを用いたトラッキング>
眼底に対する測定光のトラッキングの際、トラッキング制御のベースとなる眼球移動情報ΔPは、画像処理によりピクセル単位で検出される。眼球移動情報ΔPは、例えば、計測画像に対して基準画像をテンプレートマッチングしたときの画像の移動量から算出される。
<Tracking using angle of view αp>
When tracking the measurement light with respect to the fundus, eye movement information ΔP, which is a base for tracking control, is detected in pixel units by image processing. The eye movement information ΔP is calculated from, for example, the amount of image movement when the reference image is template-matched to the measurement image.
一方、画角αpは1ピクセル当たりの画角であるから、眼球移動情報ΔPを画角αpで掛け合わせる(ΔP×αp)ことにより、眼球の移動量は画角情報に変換される。これにより、ピクセル単位で検出される眼球移動量と走査部62のガルバノミラーの振り角とが実際に対応付けされる。
On the other hand, since the angle of view αp is an angle of view per pixel, the amount of movement of the eyeball is converted into angle of view information by multiplying the eyeball movement information ΔP by the angle of view αp (ΔP × αp). Thereby, the eyeball movement amount detected in units of pixels and the swing angle of the galvanometer mirror of the
そして、制御部70は、検出された眼球の移動方向と移動量(ΔP×αp)に基づいて走査位置を補正し、断層画像を取得する。具体的には、移動方向と量に基づき、基準画像に対し設定された走査の始点と終点のそれぞれに移動量(ΔP×αp)を加え、次の断層画像を得る。この場合、駆動機構51に印加される電圧によって走査位置が制御される。
The
以上のようにすれば、眼底画像の位置ずれ量がOCT光学系のガルバノスキャナの回転角に正確に変換されるので、同じ眼底位置に対してリアルタイムで正確に測定光を照射できる。したがって、眼球移動が生じても、同じ眼底位置での断層像を正確に取得できる。 In this way, the amount of positional deviation of the fundus image is accurately converted into the rotation angle of the galvano scanner of the OCT optical system, so that the same fundus position can be accurately irradiated with measurement light in real time. Therefore, even when eyeball movement occurs, a tomographic image at the same fundus position can be accurately acquired.
上記手法は、走査位置を厳密に設定する必要がある場合に、特に有用である。例えば、ある眼底位置での輝度変化を検出して網膜の内因性信号を得る場合に、特に有用である(後述する)。 The above method is particularly useful when the scanning position needs to be set strictly. For example, it is particularly useful when a luminance change at a certain fundus position is detected to obtain an intrinsic signal of the retina (described later).
なお、走査部62のガルバノミラーの振り角(付与する印加電圧)に対する眼球に入射する走査光の画角を予め求めておき、予めメモリ72に記憶しておくことが好ましい。この場合、実測又はシミュレーションにより走査部62の振り角に対する画角の関係が求められる。
It is preferable that the angle of view of the scanning light incident on the eyeball with respect to the swing angle (applied voltage to be applied) of the galvanometer mirror of the
実測する場合、眼Eに代わりに、対物レンズ18から走査光が射出される位置において、角度を検出するジグを設け、所定の電圧をガルバノスキャナに掛けていく。ジグとしては、スケール付き散乱面を持つ模型眼が用いられ、散乱面を透過した走査光を赤外線ビュアーで検出することにより角度が実測される。また、スケール付き散乱面に赤外線感応シート(赤外光に反応して着色されるシート)を用いるようにしてもよい。また、シミュレーションする場合、ガルバノスキャナへの印加電圧(ミラー角度)毎の対物レンズからの射出角が計算される。
When actually measuring, instead of the eye E, a jig for detecting an angle is provided at a position where the scanning light is emitted from the
<視度補正による撮像倍率の変化>
また、1ピクセル当たりの走査光の画角αpは、被検眼が変わる度に検出されるのが好ましい。それは、被検眼の視度に応じてレンズ21の位置が調整され、撮像素子23上での撮像倍率が変化し、画像上での走査光の距離γが変化するからである。なお、OCT光学系200の走査光は瞳孔を中心に旋回されるので、フォーカシングレンズ63の位置が調整されても、眼底上の実際の走査範囲(撮影画角)は変化しない。
<Change in imaging magnification due to diopter correction>
Further, it is preferable that the angle of view αp of the scanning light per pixel is detected every time the eye to be examined changes. This is because the position of the
そこで、制御部70は、レンズ21の移動による視度補正後、所定のトリガ信号に基づいて画角αpを検出する。所定のトリガ信号としては、例えば、オートフォーカス完了信号、コントロール部74からの操作信号、などが考えられる。
Therefore, the
なお、上記構成において、OCT光学系200の光源とは別の第2の光源を用いて画角αpが検出されてもよい。第2の光源は、その出射光が走査部62によって偏向されるように、走査部62より後方の光路に配置される。このとき、ダイクロイックミラー60は、第2の光源の光、眼底観察光、を透過する波長特性を持つ。この場合、第2の光源を用いて画角αpが検出された後、第1の光源(光源27)を用いて断層像が取得される。このようにすれば、ダイクロイックミラー60が光源27の光を透過できない波長特性であっても、画角αpが検出される。
In the above configuration, the angle of view αp may be detected using a second light source different from the light source of the OCT
また、走査光の光路と眼底観察光の光路を分岐するビームスプリッタは、ダイクロイックミラー60に限るものではない。例えば、ハーフミラーが用いられるようにしてもよい。 Further, the beam splitter that branches the optical path of the scanning light and the optical path of the fundus observation light is not limited to the dichroic mirror 60. For example, a half mirror may be used.
なお、画角αpの検出に用いる走査光の走査パターンは、ラインスキャンの他、サークルスキャンであってもよい。例えば、制御部70は、サークルスキャンによって形成された円の直径Dをピクセル量にて検出し、その円の直径における撮影画角αcで直径Dを割った値(αc/D)から画角αpが検出される。
Note that the scanning pattern of the scanning light used for detecting the angle of view αp may be a circle scan in addition to a line scan. For example, the
<変容例>
なお、上記構成において、受光光学系20の光路における眼底と略共役な位置に散乱部材90が挿脱可能に配置された構成により、散乱部材90から散乱された走査光によって画角αpが検出されてもよい(図1参照)。散乱部材90には、表面が粗面化されたスリガラスなどが用いられる。
<Transformation example>
In the above configuration, the angle of view αp is detected by the scanning light scattered from the scattering
具体的には、被検眼の視度が補正された後、制御部70は、駆動部91を駆動させ、散乱部材90を光路に挿入する。この場合、OCT光学系200の走査光は、散乱部材90にて散乱され、その散乱光は、ダイクロイックミラー60、孔あきミラー17、レンズ21、レンズ22、ダイクロイックミラー29を介して、撮像素子23によって検出される。そして、制御部70は、撮像素子23からの撮像画像における走査光を検出し、画角αpを検出する。そして、制御部70は、画角αpを検出した後、駆動部91を駆動させ、反射部材90を光路から離脱する。そして、制御部70は、断層画像の取得を開始すると共に、画角αpを用いて眼底に対するトラッキングを行う。
Specifically, after the diopter of the eye to be examined is corrected, the
なお、上記変容例において、眼底観察用の照明光は散乱部材90で微弱に散乱されるが、走査光の方が指向性は強いのでほぼ走査光の散乱のみが検出される。
In the above modification, illumination light for fundus observation is scattered weakly by the scattering
また、散乱部材90の配置位置について、眼底共役位置が好ましい。ただし、走査光の焦点深度及び撮像素子23の画素サイズを考慮して許容できる範囲であれば、若干のずれは許容される。
Further, the fundus conjugate position is preferable for the arrangement position of the scattering
<第2の光スキャナ>
また、上記説明においては、出力される検出信号に基づいて走査部62の2つのガルバノミラーの駆動を制御し、走査位置のずれが補正されるように眼底上における測定光の走査位置を随時補正するものとしたが、これに限るものではない。すなわち、走査部62の2つのガルバノミラーとは別に、干渉光学系200の光路中に新たな瞳孔共役位置を形成させ、その位置に走査位置補正用の第2の光スキャナを設置するようにしてもよい。この場合、第2の光スキャナによる走査光を検出することにより、画角αpが検出される構成であってもよい。また、第1の光スキャナと第2の光スキャナとの倍率関係が既知であれば、第1の光スキャナによる走査光から画角αpが検出される構成であってもよい。
<Second optical scanner>
In the above description, the driving of the two galvanometer mirrors of the
<位置ずれ検出>
なお、上記手法においては、予め取得された基準画像を固定し、その基準画像に対する計測画像の位置ずれが検出される手法としてが、基準画像に対する計測画像の位置ずれが検出されるものであればよい。例えば、時間的に隣接する第1の画像(基準画像)と第2の画像(計測画像)間の位置ずれが検出される手法であってもよい。なお、2つの画像間の位置ずれを検出する手法としては、種々の画像処理手法(各種相関関数を用いる方法、フーリエ変換を利用する方法、)を用いることが可能である。
<Position detection>
Note that, in the above method, as a method for fixing the reference image acquired in advance and detecting the displacement of the measurement image with respect to the reference image, any method can be used as long as the displacement of the measurement image with respect to the reference image is detected. Good. For example, a method of detecting a positional shift between a first image (reference image) and a second image (measurement image) that are temporally adjacent may be used. Note that various image processing methods (a method using various correlation functions, a method using Fourier transform) can be used as a method for detecting a positional shift between two images.
<走査位置の補正>
なお、位置ずれ補正時における1ピクセル当たりの光スキャナの駆動量(補正量)が受光光学系20の撮像倍率に応じて予め求められ、これらの関係をベースに眼底トラッキングを行う装置においても、本発明の適用が可能である。この場合、例えば、制御部70は、フォーカシングレンズ21の移動位置を検出して受光光学系20の撮像倍率を算出し、その算出結果に基づいて1ピクセル当たりの光スキャナの駆動量(位置ずれ補正量)を得る。そして、制御部70は、上記のように求められる画角αpを用いて、予め設定された撮像倍率と光スキャナの駆動量との関係を補正される。
<Scanning position correction>
Note that the driving amount (correction amount) of the optical scanner per pixel at the time of positional deviation correction is obtained in advance according to the imaging magnification of the light receiving
<網膜機能計測への適用例>
<走査位置の設定>
まず、検者は、図示無きジョイスティックを用いて、モニタ75上に正面像Fが表示されるようにアライメントを行う。次に、検者は、正面像F上に電子的に表示されたスキャンラインSLを移動させ、測定光の走査位置を設定する(図4(a)参照)。なお、測定光の走査位置とガルバノミラーの駆動位置は、予め対応付けがなされている。
<Application example for retinal function measurement>
<Scanning position setting>
First, the examiner performs alignment so that the front image F is displayed on the
<テンプレートマッチングのための準備>
検者は、モニタ75上の正面像Fを見て、矩形のグラフィックを移動させ、パターンマッチングが可能な特徴的領域(例えば、乳頭、血管)を少なくとも1つ以上選択する(図4(a)参照)。なお、初期設定として、制御部70は、正面像に含まれる乳頭部を画像処理により自動検出し、乳頭部近傍の画像領域が自動的に特徴的部位として設定されるようにしてもよい。
<Preparation for template matching>
The examiner looks at the front image F on the
<画像取得開始とテンプレート画像の登録>
そして、撮影開始のトリガ信号が発せられると、制御部70は、設定された走査位置情報(ラインSL参照)に基づいてガルバノミラーを駆動させ、受光素子83からの受光信号に基づいて断層画像を取得し、メモリ72に記憶する。
<Image acquisition start and template image registration>
When the trigger signal for starting imaging is issued, the
また、制御部70は、撮像素子23から出力された計測開始時の1画像(第1の正面像)を基準画像として登録すると共に、特徴的領域として選択された少なくとも1つ以上の画像領域をテンプレート画像(B1〜B4)として登録する(図4(a)参照)。この場合、画像B1〜B4の中心座標(図中の小円参照)が算出され、各中心座標を中心とする所定の画像領域がテンプレートとなる。そして、撮像素子23からの出力画像に対するテンプレートマッチングに用いられる。
The
このとき、制御部70は、テンプレートマッチングを行う際の検索範囲として、画像B1〜B4の中心座標を中心に検索領域S1〜S4を設定する。なお、検索領域S1〜S4は、画像B1〜B4より広い範囲を持ち1フレーム分の画像取得中における固視微動による眼の平均的な移動範囲と同程度(又はこれ以上)の大きさに設定される。
At this time, the
<テンプレートマッチング>
その後、制御部70は、前述の各テンプレート画像(B1〜B4)を用いて随時取得される計測画像に対してテンプレートマッチングを行い、計測画像におけるテンプレート画像の座標位置に基づいて走査位置のずれを検出する。
<Template matching>
Thereafter, the
より具体的には、制御部70は、最初のフレームの断層画像が取得されると、さらに、ガルバノミラーを駆動させ次のフレームの断層画像(第2の断層画像)の取得を開始する。また、次のフレームの計測画像(第2の眼底正面像)が取得されると、決定されたテンプレート画像と計測画像においてテンプレートマッチング(基準画像、計測画像間の相互相関解析による評価)を行う(図4(b)参照)。なお、テンプレートマッチングにおける評価関数は、類似度を示すSSD(Sum of Squared Difference)や相違度を示すSAD(Sum of Absolute Difference)などを評価関数として用いてもよい。
More specifically, when the tomographic image of the first frame is acquired, the
制御部70は、その計測画像データにおいて前述の検索領域S1〜S4(図4(a)参照)内で画像B1〜B4を水平/垂直/回転移動させ、相関値が最大となる箇所を検出する。そして、制御部70は、各テンプレート画像B1〜B4に関して、相関値が最大となる箇所を中心座標位置として得る(図4(b)参照)。そして、制御部70は、基準画像と計測画像において、画像B1〜B4の中心座標位置の移動情報(例えば、移動方向、移動量)をそれぞれ算出し、この平均を眼球移動情報ΔPとして得る。この場合、眼球移動情報ΔPを画角αpで掛け合わせる(ΔP×αp)ことにより、眼球の移動量は画角情報として検出される。
The
<次の走査位置の設定>
次に、制御部70は、上記のようにして検出された位置ずれ検出信号(眼球移動情報ΔP)に基づいて次のフレームの断層画像(第3の断層画像)を取得する際の測定光の走査位置を予め設定しておく。より具体的には、制御部70は、算出された眼球移動情報ΔPに基づき、基準画像に対し設定された走査の始点と終点(スキャンラインSL参照)を補正する。この場合、基準画像における走査の始点と終点のそれぞれに移動情報ΔPを加えた走査位置が補正位置として設定される。なお、制御部70は、検出された眼球の移動方向と移動量(ΔP×αp)に基づいて次の断層像を取得する際の走査位置を予め設定する。
<Setting the next scanning position>
Next, the
また、基準画像での検索領域S1〜S4に移動情報ΔPを加えた領域が次のフレームの検索領域として再設定される。この場合、計測画像における各画像B1〜B4の中心座標位置に基づいて検索領域S1〜S4を補正し、次のフレームの検索領域として再設定してもよい。 Further, the area obtained by adding the movement information ΔP to the search areas S1 to S4 in the reference image is reset as the search area of the next frame. In this case, the search areas S1 to S4 may be corrected based on the center coordinate positions of the images B1 to B4 in the measurement image and reset as the search area of the next frame.
<補正された走査位置情報を用いた断層画像の取得>
そして、次のフレームの断層画像(第3の断層画像)を取得する場合、上記のように補正された走査位置情報に基づいてガルバノミラーを駆動して断層画像を得る。この場合、上記のように補正された始点位置に基づいてガルバノミラー駆動信号が出力され、網膜に対する測定光の走査が開始する。そして、眼底上に設定されたある走査範囲を測定光が走査し、補正された終点位置にて測定光の走査が終了する。そして、断層画像をメモリ72に記憶する。これにより、被検眼の微動による眼底上における走査位置のずれが補正される。
<Acquisition of tomographic image using corrected scanning position information>
When acquiring a tomographic image (third tomographic image) of the next frame, the tomographic image is obtained by driving the galvanometer mirror based on the scanning position information corrected as described above. In this case, a galvanometer mirror drive signal is output based on the start point position corrected as described above, and scanning of the measurement light with respect to the retina is started. Then, the measurement light scans a certain scanning range set on the fundus, and the measurement light scan ends at the corrected end point position. The tomographic image is stored in the memory 72. Thereby, the shift of the scanning position on the fundus due to the fine movement of the eye to be examined is corrected.
<リアルタイム追跡>
また、制御部70は、さらに、次のフレームの計測画像(第3の眼底正面像)が取得されると、再設定された各検索領域S1〜S4内で第3の眼底正面像に対するテンプレートマッチングを行い、前述と同様に、眼球移動情報ΔPを得る。そして、その眼球移動情報ΔPに基づき、さらに次のフレームの断層画像(第4の断層画像)を取得する際の走査の始点と終点を補正する。その後、制御部70は、補正された走査位置に基づいてガルバノミラーを駆動して第4の断層画像を得る。そして、メモリ72に断層画像を記憶する。
<Real time tracking>
Further, when the measurement image (third fundus front image) of the next frame is acquired, the
上記のように、制御部70は、画像処理によるテンプレートマッチング、スキャンラインの決定を逐次行うことにより、測定光の眼球追尾(トラッキング)を行う。そして、上記アクティブトラッキングのとき、制御部70は、光源31を制御し、予め設定された条件(例えば、単発のフラッシュ光、フリッカ状の光、等)にて被検眼に刺激光を照射し、眼Eの網膜を刺激する。これにより、網膜を構成する細胞が刺激され、これに基づく神経細胞の活動が起こる。
As described above, the
<内因性信号の抽出>
上記のようにして所定時間内における断層画像の連続取得が完了したら、そして、制御部70は、メモリ72に記憶された断層画像の明るさ(輝度)の変化を各画素に求める。明るさの変化は、差分や比などを求めることによって得られる。このように断層画像の輝度値の変化を算出することで、内因性信号が抽出される。そして、制御部70は、明るさの変化情報を各画素に対応させてモニタ75に表示する。
<External signal extraction>
When the continuous acquisition of tomographic images within a predetermined time is completed as described above, the
例えば、制御部70は、網膜刺激前の所定時間内(例えば、2秒)に取得された複数枚の断層画像を加算平均させた加算平均画像と、網膜刺激後の所定時間内(例えば、刺激後8秒間)に取得された複数枚の断層画像を加算平均させた加算平均画像と、の明るさの変化情報を求めるようにしてもよい。
For example, the
また、制御部70は、経時的に取得される断層画像におけるある部位での輝度値の時間変化を算出し、算出結果を表示するようにしてもよい(例えば、グラフ、表、等)。時間変化を求める輝度値としては、例えば、視細胞層などある網膜層に対応する各輝度値の平均値、網膜上の微小領域における輝度値、などが挙げられる。
In addition, the
以上示したように、高速で運動する眼球を動画像処理によりリアルタイムで捉え、瞬時にガルバノミラーにフィードバックさせることにより、眼球運動が生じた場合でも、常に同一部位の断層画像を計測できる。 As described above, the tomographic image of the same part can always be measured even when eye movement occurs by capturing an eye ball moving at high speed in real time by moving image processing and instantaneously feeding it back to the galvanometer mirror.
これにより、眼底の同一部位における網膜刺激前後の眼底像を所定時間連続的に計測できるため、深さ方向における網膜の内因性信号を好適に検出できる。 Thereby, since the fundus image before and after the retinal stimulation in the same part of the fundus can be continuously measured for a predetermined time, the intrinsic signal of the retina in the depth direction can be suitably detected.
<他の装置への適用>
なお、以上の説明では、OCT光学系に眼底観察光学系を設けた構成を例にとって説明したが、光源からの光束の進行方向を変える少なくとも一つの光スキャナを有し眼底に向けて走査光を照射するための光走査光学系と、眼底に照明光を照射し眼底正面像を二次元撮像素子により撮像する眼底観察光学系と、を備える装置であれば、本発明の適用可能である。例えば、光凝固用のレーザ光源、レーザ光源からの光を偏向させる光走査系、を備える光凝固レーザ装置への適用が考えられる。なお、眼底の微小領域にレーザ照射を行うためのファイバーレーザにおいて、特に有用である。
<Application to other devices>
In the above description, the configuration in which the fundus observation optical system is provided in the OCT optical system has been described as an example. However, the OCT optical system has at least one optical scanner that changes the traveling direction of the light beam from the light source and emits scanning light toward the fundus. The present invention can be applied to any apparatus that includes an optical scanning optical system for irradiating and a fundus observation optical system that irradiates the fundus with illumination light and images a fundus front image with a two-dimensional imaging device. For example, application to a photocoagulation laser device including a laser light source for photocoagulation and an optical scanning system that deflects light from the laser light source is conceivable. It is particularly useful in a fiber laser for performing laser irradiation on a minute region of the fundus.
<サイズ検出への適用>
なお、撮像素子23の単位ピクセル当たりの画角αpは、撮像素子23によって撮像された画像全体又はその一部分の画角算出に用いることができる。例えば、撮像素子23によって撮像された眼底画像のサイズβ(マスクMの内周のサイズ)をピクセル量で検出し、サイズβと画角αpを掛け合わせることにより画角サイズ(β×αp)を算出する。これにより、眼底画像の正確な画角サイズが検出される。また、この手法は、例えば、被検眼眼底にスポット光を照射する構成を持つ装置において、そのスポット光の画角サイズを正確に算出するために利用される。
<Application to size detection>
Note that the angle of view αp per unit pixel of the
20 受光光学系
62 走査部
70 制御部
200 干渉光学系
20 light receiving
Claims (3)
前記眼底を照明する照明光を照射する照明光学系、前記照明光により照明された眼底の正面像を二次元撮像素子により撮像する撮像光学系、を有する眼底観察光学系と、
前記光スキャナの駆動を制御して前記二次元撮像素子に走査光を撮像させると共に、前記二次元撮像素子からの撮像画像における前記走査光を検出することにより前記走査光の始点と終点までの距離をピクセル単位で求め、求められた距離に基づいて単位ピクセル当たりの前記走査光の画角情報を求める走査光検出手段と、
所定のフレームレートにて前記二次元撮像素子から出力される撮像画像に基づいて眼底の位置ずれ情報をピクセル単位で検出する位置ずれ検出手段と、
前記位置ずれ検出手段の検出結果に基づいて前記光スキャナの駆動を制御し、前記光走査光学系による走査位置のずれが補正されるように眼底上における走査光の走査位置を補正する走査位置補正手段であり、前記走査光検出手段の検出結果に基づいてピクセル単位で検出される前記位置ずれ情報に対する前記光スキャナの駆動量を設定する走査位置補正手段と、を備え、前記走査光により被検眼眼底の撮影又は治療を行う光走査型眼科装置。 An optical scanning optical system having a light source and at least one optical scanner for changing a traveling direction of a light beam emitted from the light source, and irradiating scanning light toward the fundus;
A fundus observation optical system comprising: an illumination optical system that illuminates illumination light that illuminates the fundus; and an imaging optical system that captures a front image of the fundus illuminated by the illumination light with a two-dimensional imaging device;
The distance between the start point and the end point of the scanning light by controlling the driving of the optical scanner to cause the two-dimensional imaging device to pick up the scanning light and detecting the scanning light in the captured image from the two-dimensional imaging device Scanning light detection means for obtaining the angle-of-view information of the scanning light per unit pixel based on the obtained distance,
Displacement detection means for detecting fundus displacement information in units of pixels based on a captured image output from the two-dimensional image sensor at a predetermined frame rate;
Scanning position correction for controlling the driving of the optical scanner based on the detection result of the positional deviation detection means and correcting the scanning position of the scanning light on the fundus so that the deviation of the scanning position by the optical scanning optical system is corrected. Scanning position correction means for setting a driving amount of the optical scanner with respect to the positional deviation information detected in units of pixels based on a detection result of the scanning light detection means, and the eye to be inspected by the scanning light An optical scanning ophthalmologic apparatus for photographing or treating the fundus.
前記干渉光学系及び前記光スキャナを制御し、被検眼眼底のある走査範囲を連続的に走査し、前記受光素子からの信号に基づいて眼底断層像を取得する撮影制御手段を備えることを特徴とする光走査型眼科装置。 The optical scanning optical system according to claim 1 includes a beam splitter that divides a light beam emitted from the light source into a measurement light beam and a reference light beam, and provides interference light obtained by combining the measurement light beam reflected from the fundus and the reference light beam. An interference optical system for detecting by a first light receiving element,
It comprises an imaging control means for controlling the interference optical system and the optical scanner , continuously scanning a scanning range with a fundus of the eye to be examined, and acquiring a fundus tomographic image based on a signal from the light receiving element. Optical scanning ophthalmic device.
前記眼底を照明する照明光を照射する照明光学系、前記照明光により照明された眼底の正面像を二次元撮像素子により撮像する撮像光学系、を有する眼底観察光学系と、
前記光スキャナの駆動を制御して前記二次元撮像素子に走査光を撮像させると共に、前記二次元撮像素子からの撮像画像における前記走査光を検出することにより前記走査光の始点と終点までの距離をピクセル単位で求める走査光手段と、
を備え、前記走査光により被検眼眼底の撮影又は治療を行う光走査型眼科装置。 An optical scanning optical system having a light source and at least one optical scanner for changing a traveling direction of a light beam emitted from the light source, and irradiating scanning light toward the fundus;
A fundus observation optical system comprising: an illumination optical system that illuminates illumination light that illuminates the fundus; and an imaging optical system that captures a front image of the fundus illuminated by the illumination light with a two-dimensional imaging device;
The distance between the start point and the end point of the scanning light by controlling the driving of the optical scanner to cause the two-dimensional imaging device to pick up the scanning light and detecting the scanning light in the captured image from the two-dimensional imaging device Scanning light means for obtaining a pixel unit,
An optical scanning ophthalmologic apparatus for photographing or treating the fundus of the eye to be examined with the scanning light.
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