JP6923393B2 - 眼科装置、及びその制御方法 - Google Patents
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Description
図1に示すように、実施形態に係る眼科装置1は、眼底カメラユニット2、OCTユニット100及び演算制御ユニット200を含む。眼底カメラユニット2は、従来の眼底カメラとほぼ同様の光学系を有する。OCTユニット100には、OCTを実行するための光学系が設けられている。演算制御ユニット200は、各種の演算処理や制御処理等を実行するプロセッサを具備している。
眼底カメラユニット2には、被検眼Eの眼底Efの表面形態を表す2次元画像(眼底像)を取得するための光学系が設けられている。眼底像には、観察画像や撮影画像などが含まれる。観察画像は、例えば、近赤外光を用いて所定のフレームレートで形成されるモノクロの動画像である。撮影画像は、例えば、可視光をフラッシュ発光して得られるカラー画像、又は近赤外光若しくは可視光を照明光として用いたモノクロの静止画像であってもよい。眼底カメラユニット2は、これら以外の画像、例えばフルオレセイン蛍光画像やインドシアニングリーン蛍光画像や自発蛍光画像などを取得可能に構成されていてもよい。
OCTユニット100の構成の一例を図2に示す。OCTユニット100には、被検眼EのOCT画像を取得するための光学系が設けられている。この光学系は、波長掃引型(波長走査型)光源からの光を測定光と参照光とに分割し、被検眼Eからの測定光の戻り光と参照光路を経由した参照光とを干渉させて干渉光を生成し、この干渉光を検出する干渉光学系である。干渉光学系による干渉光の検出結果(検出信号)は、干渉光のスペクトルを示す干渉信号であり、演算制御ユニット200に送られる。
演算制御ユニット200の構成について説明する。演算制御ユニット200は、検出器125から入力される干渉信号を解析して被検眼EのOCT画像を形成する。OCT画像を形成するための演算処理は、従来のスウェプトソースタイプの眼科装置と同様である。
眼科装置1の処理系の構成について図3、図4、図6及び図7を参照しつつ説明する。なお、図3においては、眼科装置1のいくつかの構成要素が省略されており、この実施形態を説明するために特に必要な構成要素が選択的に示されている。
演算制御ユニット200は、制御部210と、画像形成部220と、データ処理部230とを含む。制御部210は、例えば、マイクロプロセッサ、RAM、ROM、ハードディスクドライブ、通信インターフェイス等を含んで構成される。制御部210には、主制御部211と記憶部212とが設けられている。
主制御部211は前述の各種制御を行う。特に、図3に示すように、主制御部211は、眼底カメラユニット2の合焦駆動部31A及び43A、CCDイメージセンサ35及び38、LCD39、光路長変更部41、及び光スキャナ42を制御する。また、主制御部211は、光学系駆動部1Aを制御する。更に、主制御部211は、OCTユニット100の光源ユニット101、光路長変更部114、検出器125、及びDAQ130などを制御する。
記憶部212は、各種のデータを記憶する。記憶部212に記憶されるデータとしては、例えば、OCT画像の画像データ、眼底像や前眼部像の画像データ、被検眼情報などがある。被検眼情報は、患者IDや氏名などの被検者に関する情報や、左眼/右眼の識別情報などの被検眼に関する情報を含む。また、記憶部212には、眼科装置1を動作させるための各種プログラムや制御情報等のデータが記憶されている。
画像形成部220は、検出器125(DAQ130)からの干渉信号に基づいて眼底Efや前眼部の断層像の画像データを形成する。この処理には、ノイズ除去(ノイズ低減)、フィルタ処理、FFT(Fast Fourier Transform)などの処理が含まれている。このようにして取得される画像データは、複数のAライン(被検眼E内における各測定光LSの経路)における反射強度プロファイルを画像化することにより形成された一群の画像データを含むデータセットである。
データ処理部230は、画像形成部220により形成された画像に対して各種のデータ処理(画像処理)や解析処理を施す。例えば、データ処理部230は、画像の輝度補正や分散補正等の補正処理を実行する。
データ処理部230は、ベース画像とターゲット画像との間の位置ずれ量を求め、求められた位置ずれ量に対応した情報を制御部210(主制御部211)に出力する。位置ずれ量は、ベース画像とターゲット画像との間の1ピクセル未満のサブピクセルレベルの回転方向(z方向の軸を中心とする回転方向)の回転移動量やその回転移動方向、ベース画像とターゲット画像との間のサブピクセルレベルのxy面内における平行移動量やその平行移動方向などを含む。
データ処理部230は、ベース画像中の対応部分画像とターゲット画像中の部分画像との間の位置ずれ量を求め、求められた位置ずれ量に対応した情報を制御部210(主制御部211)に出力する。位置ずれ量は、対応部分画像と部分画像との間の1ピクセル未満のサブピクセルレベルの回転方向(z方向の軸を中心とする回転方向)の回転移動量やその回転移動方向、対応部分画像と部分画像との間のサブピクセルレベルのxy面内における平行移動量やその平行移動方向などを含む。
ユーザインターフェイス240には、表示部240Aと操作部240Bとが含まれる。表示部240Aは、前述した演算制御ユニット200の表示デバイスや表示装置3を含んで構成される。操作部240Bは、前述した演算制御ユニット200の操作デバイスを含んで構成される。操作部240Bには、眼科装置1の筐体や外部に設けられた各種のボタンやキーが含まれていてもよい。また、表示部240Aは、眼底カメラユニット2の筺体に設けられたタッチパネルなどの各種表示デバイスを含んでいてもよい。
実施形態に係る眼科装置の動作例について説明する。
まず、観察光源11からの照明光(可視カットフィルタ14により近赤外光となる)で前眼部を連続照明することにより、前眼部の近赤外動画像の取得を開始する。この近赤外動画像は、連続照明が終了するまでリアルタイムで得られる。この動画像を構成する各フレームの画像は、フレームメモリ(記憶部212)に一時記憶され、データ処理部230に逐次送られる。
データ処理部230は、光学系によって被検眼Eを動画撮影することにより得られるフレームを逐次に解析して、アライメント視標の位置を求め、光学系の移動量を算出する。制御部210は、データ処理部230により算出された光学系の移動量に基づいて光学系駆動部1Aを制御することにより、オートアライメントを行う。
データ処理部230は、光学系によって被検眼Eを動画撮影することにより得られるフレームを逐次に解析して、スプリット視標の位置を求め、撮影合焦レンズ31及びOCT合焦レンズ43の移動量を算出する。制御部210は、データ処理部230により算出された撮影合焦レンズ31及びOCT合焦レンズ43の移動量に基づいて合焦駆動部31A、43Aを制御することにより、オートフォーカスを行う。
続いて、制御部210は、オートトラッキングを開始する。具体的には、データ処理部230は、光学系によって被検眼Eを動画撮影することにより逐次に得られるフレームをリアルタイムで解析して、被検眼Eの動き(位置の変化)を監視する。制御部210は、逐次に取得される被検眼Eの位置に合わせて光学系を移動させるように光学系駆動部1Aを制御する。それにより、被検眼Eの動きに対して光学系をリアルタイムで追従させることができ、アライメントとピントが合った好適な位置関係を維持することが可能となる。
制御部210は、近赤外動画像を表示部240Aにリアルタイムで表示させる。ユーザは、操作部240Bを用いることにより、この近赤外動画像上に走査領域を設定する。設定される走査領域は1次元領域でも2次元領域でもよい。
制御部210は、光源ユニット101や光路長変更部41を制御するとともに、ステップS5で設定された走査領域に基づいて光スキャナ42を制御することにより、前眼部のOCT計測を行う。画像形成部220は、得られた検出信号に基づいて前眼部の断層像を形成する。走査態様が3次元スキャンである場合、データ処理部230は、画像形成部220により形成された複数の断層像に基づいて前眼部の3次元画像を形成する。以上で、この動作例は終了となる(エンド)。
まず、主制御部211は、所定の初期化処理を行う。初期化処理には、リソースの確保や、ベース画像やターゲット画像を取得するためのスキャン領域の設定、データ処理部230の初期化などがある。
次に、主制御部211は、撮影光学系30を用いて被検眼Eの前眼部を撮影することによりベース画像を取得させる。取得されたベース画像は、記憶部212に保存される。
続いて、主制御部211は、ベース画像の取得後に、撮影光学系30を用いて被検眼Eの前眼部を撮影することによりターゲット画像を取得させる。取得されたターゲット画像は、記憶部212に保存される。
次に、主制御部211は、ステップS13において取得されたターゲット画像における部分画像を解析部231に特定させる。解析部231は、上記のように、被検眼Eの瞳孔に相当する領域が描出され、且つ被検眼Eの上瞼、下瞼、及び睫毛が描出されない部分画像を特定する。
主制御部211は、ステップS12において取得されたベース画像から、ステップS14において特定された部分画像に対応する対応部分画像を特定する。
次に、主制御部211は、ステップS15において特定された対応部分画像に対し位相限定相関処理を施すためのベース画像処理をデータ処理部230に行わせる。ベース画像処理の詳細については、後述する。
続いて、主制御部211は、ステップS14において特定された部分画像に対し位相限定相関処理を施すためのターゲット画像処理をデータ処理部230に行わせる。ターゲット画像処理では、ステップS15において特定された対応部分画像とステップS14において特定された部分画像とに基づくトラッキング制御のための処理が行われる。ターゲット画像処理の詳細については、後述する。
主制御部211は、次のターゲット画像があるか否かを判別する。次のターゲット画像があると判別されたとき(S18:Y)、眼科装置1の動作はステップS13に移行する。次のターゲット画像がないと判別されたとき(S18:N)、眼科装置1の動作はステップS19に移行する。
ステップS18において次のターゲット画像がないと判別されたとき(S18:N)、主制御部211は、撮影を終了するか否かを判別する。撮影を終了しないと判別されたとき(S19:N)、眼科装置1動作はステップS12に移行する。撮影を終了すると判別されたとき(S19:Y)、トラッキング制御のための処理を終了する(エンド)。
まず、回転移動量算出部241は、対応部分画像(ベース画像)に対しアポダイゼーション処理を施す。アポダイゼーション処理は、アポダイゼーション関数を掛け合わせることにより、メインローブの振幅の低下をある程度抑えつつサイドローブの振幅を低下させて、ダイナミックレンジを高める処理である。アポダイゼーション関数としては、公知のハニング窓やガウス窓や矩形窓などの窓関数がある。アポダイゼーション処理は、例えば、第1変換処理部301又は回転移動量算出部241における図示しないアポダイゼーション処理部により行われる。
次に、第1変換処理部301は、ステップS21における対応部分画像に対するアポダイゼーション処理の結果に対し2次元DFTを施す。
次に、対数変換部302は、ステップS22における2次元DFTの処理結果に対し対数変換を施す。対数変換は、2次元DFTの処理結果の実数成分をRe、虚数成分をIm、対数変換結果をAmとすると、式(8)のように表される。これにより、自然画像において空間周波数の低周波数領域に集中する傾向がある振幅スペクトルを圧縮させる。
次に、極座標変換部303は、ステップS23における対数変換の処理結果に対しLog−Polar変換を施す。これにより、動径方向がx方向、偏角方向がy方向に変換される。
次に、第2変換処理部304は、ステップS24におけるLog−Polar変換の処理結果に対し2次元DFTを施す。
次に、回転移動量算出部241は、ステップS25における2次元DFTの処理結果に基づいて振幅成分で正規化し、2次元DFTの処理結果に基づく第1ベースPOCデータとして記憶部212に保存する。ここで、記憶部212に保存された第1ベースPOCデータは、回転移動量及び回転方向を算出するための位相限定相関関数の相関値の算出に供される。
続いて、平行移動量算出部243は、当該対応部分画像に対し、平行移動量及び平行移動方向を算出するための位相限定相関関数の相関値の算出に供されるベースPOCデータを生成する。そこで、平行移動量算出部243は、当該対応部分画像に対しアポダイゼーション処理を施す。このアポダイゼーション処理は、ステップS21と同様の処理である。ステップS21の処理結果が記憶部212に保存されている場合、ステップS27の処理を不要にすることができる。
次に、第3変換処理部311は、当該対応部分画像に対するアポダイゼーション処理の結果の実数成分に対し2次元DFTを施す。
次に、平行移動量算出部243は、ステップS28における2次元DFTの処理結果に基づいて振幅成分で正規化し、2次元DFTの処理結果に基づく第2ベースPOCデータを記憶部212に保存する。ここで記憶部212に保存された第2ベースPOCデータは、平行移動量及び平行移動方向を算出するための位相限定相関関数の相関値の算出に供される。以上で、ベース画像処理の一連の処理は終了する(エンド)。
まず、回転移動量算出部241は、当該部分画像に対しアポダイゼーション処理を施す。この処理は、ステップS21と同様であり、第1変換処理部301又は回転移動量算出部241における図示しないアポダイゼーション処理部により行われる。
次に、第1変換処理部301は、ステップS41における部分画像に対するアポダイゼーション処理の結果に対し2次元DFTを施す。
次に、対数変換部302は、ステップS42における2次元DFTの処理結果に対し対数変換を施す。この対数変換は、ステップS23と同様である。
次に、極座標変換部303は、ステップS43における対数変換の処理結果に対しLog−Polar変換を施す。このLog−Polar変換は、ステップS24と同様である。
次に、第2変換処理部304は、ステップS44におけるLog−Polar変換の処理結果に対し2次元DFTを施す。
次に、第1位相限定合成部305は、ステップS26において記憶部212に保存された第1ベースPOCデータと、ステップS45における2次元DFTの処理結果を振幅成分で正規化したターゲットPOCデータとを用いて、式(3)に示す式に従って位相限定合成処理を行う。ここで、第1ベースPOCデータは、当該部分画像に対して生成されたベースPOCデータである。
次に、第1逆変換処理部306は、式(4)に示す式に従ってステップS46における位相限定合成処理の処理結果に対し2次元IDFTを施す。
ステップS47の処理結果からピーク位置を特定することにより、相関値の高い動径(x方向の座標)と偏角(y方向の座標)とがピクセルレベルで特定される。そこで、回転移動量算出部241は、ステップS47の処理結果のピーク値を求め、当該ピーク値に対応したピーク位置のアドレスを取得し、記憶部212に保存する。
回転移動量算出部241は、記憶部212に記憶されたピーク位置のアドレスに基づき、偏角に対応した回転角(絶対値)が閾値TH1以下であるか否かを判別する。当該回転角が閾値TH1以下ではないと判別されたとき(S49:N)、回転移動量算出部241は、エラーと判断し、一連の処理を終了する(エンド)。一方、当該回転角が閾値TH1以下であると判別されたとき(S49:Y)、回転移動量算出部241の処理はステップS50に移行する。
当該回転角が閾値TH1以下であると判別されたとき(S49:Y)、回転移動量算出部241は、式(7)に従ってサブピクセルレベルで位相限定相関関数の相関値の算出を行う。具体的には、回転移動量算出部241は、特開2015−043898号公報に開示されているように、サブピクセルレベルで式(7)に示す位相限定相関関数の複数の相関値を求め、ピーク位置を特定することにより相関値の高い偏角(y方向の座標)を特定する。回転移動量算出部241は、特定されたピーク値に対応したアドレスを取得し、記憶部212に保存する。
次に、回転移動量算出部241は、特開2015−043898号公報に開示されているように、サブピクセルレベルで特定されたピーク位置に対応した回転移動量Δθを算出する。回転移動方向は、Δθの符号により特定される。
回転移動量Δθが算出されると、位置合わせ処理部242は、記憶部212に記憶されたターゲット画像を−Δθだけ回転させる。
続いて、平行移動量算出部243は、平行移動量及び平行移動方向の算出を行う。すなわち、平行移動量算出部243は、ステップS52において位置合わせが行われた部分画像に対しアポダイゼーション処理を施す。この処理は、例えば、第3変換処理部311又は平行移動量算出部243における図示しないアポダイゼーション処理部により行われる。
次に、第3変換処理部311は、ステップS53における部分画像に対するアポダイゼーション処理の結果に対し2次元DFTを施す。
次に、第2位相限定合成部312は、ステップS29において記憶部212に保存された第2ベースPOCデータと、ステップS54における2次元DFTの処理結果を振幅成分で正規化したターゲットPOCデータとを用いて、式(3)に示す式に従って位相限定合成処理を行う。
次に、第2逆変換処理部313は、式(4)に示す式に従って位相限定合成処理の処理結果に対し2次元IDFTを施す。
ステップS59の処理結果からピーク位置を特定することにより、相関値のx方向の座標とy方向の座標とが特定される。平行移動量算出部243は、ステップS59の処理結果のピーク値を求め、当該ピーク値に対応したピーク位置のアドレスを取得し、記憶部212に保存する。
平行移動量算出部243は、記憶部212に記憶されたピーク位置のアドレスに基づき、例えばx方向の移動量(絶対値)及びy方向の移動量(絶対値)が閾値TH2以下であるか否かを判別する。x方向の移動量及びy方向の移動量が閾値TH2以下ではないと判別されたとき(S58:N)、平行移動量算出部243は、エラーと判断し、一連の処理を終了する(エンド)。一方、x方向の移動量及びy方向の移動量が閾値TH2以下であると判別されたとき(S58:Y)、平行移動量算出部243の処理はS59に移行する。
x方向の移動量及びy方向の移動量が閾値TH2以下であると判別されたとき(S58:Y)、平行移動量算出部243は、式(7)に従ってサブピクセルレベルで位相限定相関関数の相関値の算出を行う。具体的には、平行移動量算出部243は、特開2015−043898号公報に開示されているように、サブピクセルレベルで式(7)に示す位相限定相関関数の複数の相関値を求め、ピーク位置を特定することにより相関値の高い移動量(x方向の座標、及びy方向の座標)を特定する。平行移動量算出部243は、特定されたピーク値に対応したアドレスを取得し、記憶部212に保存する。
次に、平行移動量算出部243は、特開2015−043898号公報に開示されているように、サブピクセルレベルで特定されたピーク位置に対応した平行移動量Δx、Δyを算出する。平行移動方向は、Δx、Δyの符号により特定される。以上で、ターゲット画像処理の一連の処理は終了する(エンド)。
実施形態に係る眼科装置について説明する。
以上に示された実施形態は、この発明を実施するための一例に過ぎない。この発明を実施しようとする者は、この発明の要旨の範囲内において任意の変形、省略、追加等を施すことが可能である。
1A 光学系駆動部
10 照明光学系
23 前置レンズ
30 撮影光学系
35 CCDイメージセンサ
100 OCTユニット
210 制御部
211 主制御部
212 記憶部
220 画像形成部
230 データ処理部
231 解析部
241 回転移動量算出部
242 位置合わせ処理部
243 平行移動量算出部
E 被検眼
Claims (6)
- 被検眼のデータを光学的に収集するための光学系と、
互いに異なるタイミングで前記被検眼の前眼部の第1画像と第2画像とを取得する画像取得部と、
前記第1画像と前記第2画像とに基づいて前記第2画像における部分画像を特定する特定部と、
前記特定部により特定された前記第2画像における部分画像と、前記第1画像における前記部分画像に対応した対応部分画像との間の回転移動量を算出する回転移動量算出部と、
前記回転移動量に基づいて前記対応部分画像と前記部分画像との間の回転方向の位置合わせを行う位置合わせ処理部と、
前記位置合わせ処理部により位置合わせがなされた前記対応部分画像と前記部分画像とに対して位相限定相関処理を施すことにより、前記対応部分画像と前記部分画像との間の平行移動量を算出する平行移動量算出部と、
前記被検眼と前記光学系とを相対的に移動する移動機構と、
前記回転移動量及び前記平行移動量の少なくとも一方に基づいて前記移動機構を制御することでトラッキングを行う制御部と、
を含む眼科装置。 - 前記特定部は、前記第2画像において、前記第1画像に対する移動量が第1閾値以上である領域の画像を前記部分画像として特定する
ことを特徴とする請求項1に記載の眼科装置。 - 前記特定部は、前記第2画像において前記第1画像に対する移動量が第2閾値以下である領域を特定し、前記第2画像における前記特定された領域以外の領域の画像を前記部分画像として特定する
ことを特徴とする請求項1に記載の眼科装置。 - 前記回転移動量算出部は、前記対応部分画像と前記部分画像とに対し位相限定相関処理を施すことにより前記回転移動量を算出する
ことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の眼科装置。 - 被検眼のデータを収集するための光学系と、
互いに異なるタイミングで前記被検眼の前眼部の第1画像と第2画像とを取得する画像取得部と、
前記被検眼と前記光学系とを相対的に移動する移動機構と、を含む眼科装置の制御方法であって、
前記第2画像において、前記第1画像に対する移動量が第1閾値以上である領域の画像を部分画像として特定する特定ステップと、
前記特定ステップにおいて特定された前記第2画像における部分画像と、前記第1画像における前記部分画像に対応した対応部分画像との間の回転移動量を算出する回転移動量算出ステップと、
前記回転移動量に基づいて前記対応部分画像と前記部分画像との間の回転方向の位置合わせを行う位置合わせステップと、
前記位置合わせステップにおいて位置合わせがなされた前記対応部分画像と前記部分画像とに対して位相限定相関処理を施すことにより、前記対応部分画像と前記部分画像との間の平行移動量を算出する平行移動量算出ステップと、
前記回転移動量及び前記平行移動量の少なくとも一方に基づいて前記移動機構を制御することでトラッキングを行う制御ステップと、
を含む眼科装置の制御方法。 - 被検眼のデータを収集するための光学系と、
互いに異なるタイミングで前記被検眼の前眼部の第1画像と第2画像とを取得する画像取得部と、
前記被検眼と前記光学系とを相対的に移動する移動機構と、を含む眼科装置の制御方法であって、
前記第2画像において前記第1画像に対する移動量が第2閾値以下である領域を特定し、前記第2画像における前記特定された領域以外の領域の画像を部分画像として特定する特定ステップと、
前記特定ステップにおいて特定された前記第2画像における部分画像と、前記第1画像における前記部分画像に対応した対応部分画像との間の回転移動量を算出する回転移動量算出ステップと、
前記回転移動量に基づいて前記対応部分画像と前記部分画像との間の回転方向の位置合わせを行う位置合わせステップと、
前記位置合わせステップにおいて位置合わせがなされた前記対応部分画像と前記部分画像とに対して位相限定相関処理を施すことにより、前記対応部分画像と前記部分画像との間の平行移動量を算出する平行移動量算出ステップと、
前記回転移動量及び前記平行移動量の少なくとも一方に基づいて前記移動機構を制御することでトラッキングを行う制御ステップと、
を含む眼科装置の制御方法。
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