JPWO2005084526A1 - 網膜機能の光学計測方法と装置 - Google Patents
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Abstract
Description
眼底写真は、患者の瞳を通して眼の内部を照明し、同時に眼底の一部を銀塩フィルムやCCDに撮像するものであり、眼底出血、網膜動脈硬化等の異常を検出できるが、網膜機能および視神経乳頭部機能の検出はできない。
蛍光血管造影法は、蛍光剤を注入し、網膜の微小血管網の蛍光標識パターンを撮影するものであり、網膜脈管構造の欠陥は検出できるが網膜機能および視神経乳頭部機能については間接的な情報しか得られない。
網膜断層撮影は、解剖学的に網膜断層を画像化するものであり、網膜の機能的異常は一切反映しない。
従って、従来の一般的な眼科診断画像化技術では、網膜の機能構造を直接検出し、診断等に役立てることができなかった。
[特許文献1]の「網膜機能を非侵襲的に画像化するシステムおよび方法」は、網膜機能に起因する、網膜の反射率の変化、内因性または外因性の蛍光の変化を画像化するシステムであり、図1に示すように、網膜51を照明する画像化照明装置52と、機能的応答を誘導する網膜刺激照明装置53と、網膜画像化光学系54を介して網膜51から光を受光する画像化装置55と、画像化装置55から受信した画像をデジタル化して蓄積する画像取得手段56と、システムの動作を制御するとともに蓄積された画像を処理して網膜の機能に対応する示差機能信号を表すコンピュータ57とを含むものである。
しかし、上述した特許文献1の手段では、刺激により生じる褪色やヘモグロビンの変化が相対的に大きいため、黄斑部の視細胞機能を純粋に反映する内因性信号の変化が検出できない問題点があった。
また、第2の目的は、視覚機能が集中する黄斑部の内因性信号(網膜機能)および視神経乳頭部機能の変化を、褪色やヘモグロビンの変化の影響から除外して検出することができる網膜機能の光学計測方法と装置を提供することにある。
前記演算ステップにおいて、刺激前後の前記画像A,Bを予め位置合わせし、次いで、位置合わせ後の画像から網膜機能の変化を画像表示する、ことを特徴とする網膜機能の光学計測方法が提供される。
前記演算装置は、コンピュータを用いて刺激前後の前記画像A,Bを予め位置合わせし、次いで、位置合わせ後の画像から網膜機能を画像表示する画像処理プログラムを有する、ことを特徴とする網膜機能の光学計測装置が提供される。
この構成により、被検者の固視を助け、被検者の眼球の動きを低減することができる。
この構成により、黄斑部内および黄斑部周辺の血管の特徴点を指標に画像の位置補正ができる。
また、視神経乳頭部は網膜神経部細胞の軸索が集合した部位であり、本発明ではこの部位の「光刺激に対する反射率変化」を計測することで、さらに詳細な網膜機能の評価が可能となる。
本発明のその他の目的及び有利な特徴は、添付図面を参照した以下の説明から明らかになろう。
本発明の網膜機能の光学計測装置10は、照明装置12、刺激装置14、撮像装置16、演算装置18および固視点形成装置20を備える。
なおこの図において、13aは対物レンズ、13bは結像レンズ、13cは投光レンズ、13d,13eは集光レンズ、19b,19cはハーフミラーである。
この図に示すように、本発明の方法は、照明観察ステップS1、撮像ステップS2、刺激ステップS3、演算ステップS4および出力(画像表示)ステップS5からなる。
照明観察ステップS1では、眼球1の後面の黄斑部および視神経乳頭部を含む網膜領域2を観察用の非可視光3で照明し観察する。観察用の非可視光3は、波長800nm以上、1000nm未満の連続赤外光である。この照明観察ステップS1は、すべての撮像が終了するまで継続するのがよい。
撮像ステップS2では、非可視光3で照明された網膜領域2の可視フラッシュ光4による刺激前後の画像A,Bを撮像する。この撮像ステップS2は、刺激ステップS3の前後で行い、特に刺激ステップ後には継続して複数の画像を連続的に撮像するのがよい。
刺激ステップS3では、眼球1の後面の黄斑部および視神経乳頭部を含む網膜領域2に刺激用の可視フラッシュ光4を照射して網膜機能および視神経乳頭部機能を刺激する。可視フラッシュ光は、波長470nm以上、780nm以下の単発もしくはフリッカー(点滅)光である。
演算ステップS4において、刺激前後の画像A,Bを予め位置合わせし、次いで、位置合わせ後の画像から網膜機能および視神経乳頭部機能の変化を画像表示する。
また、この位置合わせにおいて、刺激後の画像Bに対して、平行移動、回転、拡大などの線形演算、または、非線形な画像変換を施し、線形演算または画像変換を施した画像B’と画像Aを適当な評価関数によって比較して、画像Aと位置合わせされた最適画像B’を得る。
また、画像A,Bのそれぞれの明るさの平均値をx,yの上に−で示す。
もし、2つの映像が同一のものであれば、分子と分母が一致して、r=1になり、相違箇所が多いほど1より小さいか大きい値となる。画像Bに対して、画像B’ をわずかずつずらしながら、その都度画像Aとの相関係数rを求め、相関係数rが最も大きい値をとるズレ幅によって位置補正をし、その上で差分を計算する。
また、視神経乳頭部は網膜神経部細胞の軸索が集合した部位であり、本発明ではこの部位の「光刺激に対する反射率変化」を計測することで、さらに詳細な網膜機能の評価が可能となる。
神経活動の可視化メカニズムは、網膜細胞の可視光による刺激により、神経細胞の活動が起こり、酸素の消費・組織の微細構造の変化が生じて、近赤外光観察光の反射強度の変化を引き起こすものである(光散乱強度変化)。
また、これまで提案された信号検出方法(特許文献1)は、刺激直前の網膜像Aを撮影し、刺激後(細胞の活動中)の網膜像Bを撮影し、網膜像AをBで割って反射率を計算する、或いは網膜像Aから網膜像Bを引いて、反射率を計算するものである。
ただし、この変化はごく僅かであり、明るさの変化にして高々0.1%程度であった。そのため、覚醒した被検者においてこの微小な信号を高い信頼性で検出するためには、記録中に起こる被験者の眼球の微小な動きが大きな問題となる。
図6A,Bは、本発明と従来例の網膜機能および視神経乳頭部機能の変化を示す第1実施例である。従来方法により、神経活動中の網膜像Bを直前の網膜像Bで割った結果(図6A)は、網膜の神経細胞の周知の典型的な活動パターンと一致していない。これは、神経活動中の画像B(図5B)が刺激直前の映像A(図5A)に対して僅かに右に動いているためである。
これに対して、本発明の方法により、画像のずれをあらかじめ補正しておくことにより、神経活動中の網膜像Bを直前の網膜像Bで割った結果(図6B)のように、予想される(周知の)網膜の神経細胞の活動パターンが得られた。
すなわち、このような変換を施した画像と画像Aを適当な評価関数によって比較し、最適な変換画像を得る。
位置合わせは、上述して相関係数rを[数2]の式(1)で計算し、1に最も近い相関係数を与える変換をとる。
図9Bは、錐体視細胞の網膜上の分布を示し、横軸は網膜中心部からの角度、縦軸はmm2当たりの視細胞数である。この図から明らかなように、視力に重要な錐体視細胞は、黄斑部で特に高い密度分布を持つ。
図9C,Dは、本発明の光学計測によって得られた黄斑部機能的トポグラフィーである。この図から、黄斑部に一致する神経活動のピークが測定されていることがわかる。また、図9Dの断面図は、図9Bの解剖学的分布と良く一致しているのがわかる。
図10Cは、内因性信号(光学計測方法)と網膜電図での信号強度との相関図である。この図から、本発明の光学計測方法による信号強度が、網膜電図による電気生理学的な信号強度と強い相関を示しているのがわかる。
このように従来の検査法(網膜電図の記録)と遜色のない信頼性の高いデータを、本発明の方法により得ることが初めて可能となる。
Claims (9)
- 眼球後面の黄斑部および視神経乳頭部を含む網膜領域を非可視光で照明し観察する照明観察ステップと、前記網膜領域に可視フラッシュ光を照射して視神経乳頭部機能を含む網膜機能を刺激する刺激ステップと、非可視光で照明された前記網膜領域の前記刺激前後の画像A,Bを撮像する撮像ステップと、刺激前後の前記画像A,Bから網膜領域の網膜機能の変化を検出する演算ステップとを備え、
前記演算ステップにおいて、刺激前後の前記画像A,Bを予め位置合わせし、次いで、位置合わせ後の画像から網膜機能の変化を画像表示する、ことを特徴とする網膜機能の光学計測方法。 - 前記位置合わせにおいて、刺激後の画像Bに対して、平行移動、回転、拡大などの線形演算、または、非線形な画像変換を施し、
前記線形演算または画像変換を施した画像B’と画像Aを適当な評価関数によって比較して、画像Aと位置合わせされた最適画像B’を得る、ことを特徴とする請求項1に記載の網膜機能の光学計測方法。 - 前記画像表示は、刺激前の画像Aと刺激後の位置合わせされた最適画像B’とから、対応する各画素に対して画像Aの明るさaとB’の明るさbの比a/b,又はその差分Δ=a-bを演算し、前記比又は差分を画素位置に対応させて表示する、ことを特徴とする請求項2に記載の網膜機能の光学計測方法。
- 前記可視フラッシュ光は、波長470nm以上、780nm以下の単発もしくはフリッカー(点滅)光であり、
前記非可視光は、波長800nm以上、1000nm未満の赤外光である、ことを特徴とする請求項1に記載の網膜機能の光学計測方法。 - 眼球後面の黄斑部を含む網膜領域に可視フラッシュ光を照射して視神経乳頭部機能を含む網膜機能を刺激する刺激装置と、前記網膜領域を非可視光で照明する照明装置と、該非可視光で照明された前記網膜領域の前記刺激前後の画像A,Bを撮像する撮像装置と、刺激前後の前記画像A,Bから網膜領域の網膜機能の変化を検出する演算装置とを備え、
前記演算装置は、コンピュータを用いて刺激前後の前記画像A,Bを予め位置合わせし、次いで、位置合わせ後の画像から網膜機能を画像表示する画像処理プログラムを有する、ことを特徴とする網膜機能の光学計測装置。 - 前記刺激装置は、波長470nm以上、780nm以下の可視フラッシュ光を単発またはフリッカー状に照射するフラッシュ装置であり、
前記照明装置は、波長800nm以上、1000nm未満の赤外光を連続的に発光する赤外光発光装置である、ことを特徴とする請求項6に記載の網膜機能の光学計測装置。 - 被検者が固視できる固視点を網膜上に形成する固視点形成装置を備える、ことを特徴とする請求項7に記載の網膜機能の光学計測装置。
- 特に網膜のみの機能を測定する際には、神経乳頭部付近からの反射光を選択的に減光し、黄斑部の画像を飽和しないように取得する光学フィルタを備える、ことを特徴とする請求項8に記載の網膜機能の光学計測装置。
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