JPWO2014129522A1 - 眼底撮像装置および網膜組織特徴量測定方法 - Google Patents

Abstract

眼底撮像装置は、電子撮像手段と、光路分割手段と、眼底像をそれぞれ左右に分離して電子撮像手段の撮像面に結像する結像光学系と、第一の光路に配置され第一の波長域のみ実質透過させる第一の光学フィルタと、第二の光路に配置され第二の波長域のみ実質透過させる第二の光学フィルタと、第一の光学フィルタを通過して電子撮像手段の撮像面に結像した第一の画像と、第二の光学フィルタを通過して電子撮像手段の撮像面に結像した第二の画像とから被検眼眼底の網膜組織の特徴量を算出する特徴量算出手段とを備える。

Description

本発明は、被検眼の眼底を撮像し、得られた画像から酸素飽和度等の網膜組織特徴量を測定する眼底撮像装置および特徴量の測定方法に関する。

特許文献１と特許文献２には、被検眼の眼底から反射された光を二つの光路に分け視差を利用して眼底の立体的な画像を生成する眼科撮影装置が記載されている。眼底の立体画像は緑内障や網膜色素変性症の早期発見に有用である。

近年、眼底の酸素飽和度測定による緑内障の早期発見が期待されている。特許文献３には、酸素飽和度を測定することができる眼底検査装置が記載されている。図７に、従来の酸素飽和度測定方法の原理を示す。眼底１００からの反射光１０１を例えばハーフミラー１０２により分離して、異なる波長領域の光を透過させる光学フィルタ１０３、１０４を介して二つの撮像手段１０５、１０６に結像させて眼底１００の同一部分の視差のない２つの画像を撮像する。そして、これら２つの画像に対して演算処理を行うことにより酸素飽和度を測定する。特許文献４にも同様の方法で酸素飽和度を測定する網膜機能カメラが記載されている。

国際公開第２０１０／０８７０４６号 国際公開第２０１０／１４０２４６号 特開平８−７１０４５号公報 特許第４１９７９５３号公報

特許文献３、４に記載の装置によれば眼底の酸素飽和度の測定をすることができるが、得られる画像は視差のないものであるから眼底立体撮影は別の撮像装置で行わなければならなかった。そのため、酸素飽和度測定のための撮影と立体眼底画像生成のための撮影を別に行わなければならず、無散瞳状態で撮影しようと思えば、先に行ったどちらかの撮影で被検眼の瞳孔が縮小するため、ある程度の間を取って、もう一方の撮影をしなければならない、という煩わしさがあった。また、異なる装置で撮影された場合、立体眼底画像と酸素飽和度測定画像の拡大率や画角が異なるため、それらを考慮して検査結果を統合し診断する必要があった。

本発明は上記課題に鑑み、立体眼底撮影と網膜組織特徴量測定の両方が可能な眼底撮影装置、および立体眼底撮影を行う装置を用いて行うことができる網膜組織特徴量測定方法を提供することにある。

上記課題を解決する本発明の眼底撮影装置は、
電子撮像手段と、被検眼の前眼部共役位置に配置され被検眼眼底からの反射光束を視差のある左右一対の光束に分割するための光路分割手段と、分割された光束から左右一対の眼底像をそれぞれ左右に分離して電子撮像手段の撮像面に結像する結像光学系と、を備え被検眼眼底の画像を撮影する眼科撮像装置において、
左右一対の光束の一方が進む第一の光路に配置され第一の波長域のみ実質透過させる第一の光学フィルタと、
左右一対の光束の一方が進む第二の光路に配置され第二の波長域のみ実質透過させる第二の光学フィルタと、
第一の光学フィルタを通過して電子撮像手段の撮像面に結像した第一の画像と、第二の光学フィルタを通過して電子撮像手段の撮像面に結像した第二の画像とについて電子撮像手段から得られる画像信号を演算することにより被検眼眼底の網膜組織の特徴量を算出する特徴量算出手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の特徴量測定方法は、
被検眼の前眼部共役位置に配置された光路分割手段により被検眼眼底からの反射光束を視差のある左右一対の光束に分割し、
左右一対の光束の一方を第一の波長域のみ実質透過させる第一の光学フィルタを通過させて電子撮像手段の撮像面に結像させた第一の画像と、
左右一対の光束の他方を第二の波長域のみ実質透過させる第二の光学フィルタを通過させて電子撮像手段の撮像面に結像させた第二の画像とについて電子撮像手段から得られる画像信号を演算することにより被検眼眼底の網膜組織の特徴量を算出することを特徴とする。

本発明の眼底撮像装置によれば、二つに分割した眼底からの反射光を異なる波長領域を通過させる光学フィルタを通過させ、電子撮像手段に結像した二つの視差のある画像に基づいて特徴量算出手段が網膜の特徴量を算出する。そのため、立体眼底撮影と網膜組織特徴量測定を同一の装置を用いて行うことができる。

眼底撮像装置の全体の構成を示す光学図である。 （ａ）は２孔絞りの正面図である。（ｂ）は撮影マスクの正面図である。 眼底撮像装置の機能ブロック図である。 （ａ）は第一の光学フィルタを介して撮像された眼底像の例である。（ｂ）は第二の光学フィルタを介して撮像された眼底像の例である。（ｃ）は特徴量画像の例である。 本発明における特徴量の測定方法の原理を示す図である。 本発明における特徴量の測定を行った結果を示した図である。 従来の特徴量の測定方法の原理を示す図である。

以下、図面を参照しながら実施例に基づいて本発明の眼底撮像装置を詳細に説明する。

図１は、ステレオ撮影（立体撮影）が可能な眼底撮像装置１０の全体構造を示す光学図である。図１において、被検眼１の眼底１ａと共役な位置がＲで、また前眼部（特に瞳）と共役な位置がＰで図示されている。

図５は、眼底撮像装置１０による網膜組織の特徴量の算出方法を原理的に示したものである。被検眼１の眼底１ａからの反射光束を視差のある左右一対の光束１１０、１１１に分割し、左右一対の光束の一方１１０を第一の波長域のみ実質透過させる第一の光学フィルタ５３を通過させて電子撮像手段５７の撮像面に結像させた第一の画像と、 左右一対の光束の他方１１１を第二の波長域のみ実質透過させる第二の光学フィルタ５４を通過させて電子撮像手段５７の撮像面に結像させた第二の画像とについて電子撮像手段５７から得られる画像信号を演算することにより被検眼１の眼底１ａの網膜組織の特徴量を算出する。

眼底撮像装置１０は、本体２と画像処理装置３により構成され、本体２には眼底を照明する照明光学系と、照明された眼底を結像する結像光学系が設けられている。照明光学系では、ステレオ撮影時には、ハロゲンランプなどの光源１１から発せられた光並びに凹面鏡１２で反射した光は、光路に挿脱可能な可視カット赤外透過フィルタ１３を介して赤外光となり、ストロボ１４を通過して拡散板１５に入射して拡散され、被検眼１の前眼部（瞳）１ｂと共役な位置に配置されたリングスリット１６を照明する。

酸素飽和度の測定時には、可視カット赤外透過フィルタ１３が光路から取り除かれ、代わりに光学フィルタ２３が拡散板１５とリングスリット１６の間に挿入される。光学フィルタ２３は、赤外光と後述する第一の波長域と第二の波長域の光を通過させ、その他の波長域の光を遮断する特性を持ったフィルタである。なお、後述するように電子撮像手段５７の前にも光学フィルタ５３、５４が設けられるので、その他の波長域の遮断は完全なものでなく多少の通過があってもかまわない。

リングスリット１６を通過した照明光は、レンズ１７、対物レンズ２２の反射を除去するための黒点板１８、ハーフミラー１９、リレーレンズ２０を通過し、中心に穴の開いた穴あき全反射ミラー２１で反射される。黒点板１８は、透明な正方形のガラス板中心に黒点を蒸着したものとして構成される。

また、照明光学系には、フォーカスドット光源３０が設けられ、この光源３０からの光束がハーフミラー１９を介して眼底１ａに入射され、フォーカスレンズ３２の移動に応じてフォーカスドット位置が変化するので、検者はフォーカスドットを観察することにより被検眼眼底１ａにピントを合わせることができる。

穴あき全反射ミラー２１で反射された照明光は対物レンズ２２を経て、被検眼１の前眼部１ｂより眼底１ａに入射し、眼底１ａを照明する。

眼底１ａからの反射光は、対物レンズ２２を介して受光され、穴あき全反射ミラー２１の穴を通過して、図２（ａ）に示したような円形の２つの孔３１ａと３１ｂを有する撮影絞りとしての２孔絞り３１に入射する。２孔絞り３１は、光路分割手段の一例で、その中心３１ｃを撮影光軸４８に合わせて被検眼１の前眼部１ｂとほぼ共役な位置に配置され、２孔絞り３１の２つの孔３１ａ、３１ｂにより眼底からの反射光はその光路が左右に分割される。光路が分割された眼底１ａからの視差のある左右一対の光束は撮影光軸４８に沿って移動可能で被検眼視度の個体差による眼底結像位置のずれを補正するフォーカスレンズ３２に入射する。

フォーカスレンズ３２を通過した眼底像は、続いて結像レンズ３３を通過して、ハーフミラー３４で反射され、眼底１ａと共役な位置に配置され眼底の撮影範囲を定める撮影マスク４２を介して赤外透過可視反射ミラー３６に入射する。フォーカスレンズ３２と結像レンズ３３は、２孔絞り３１を介した視差のある左右一対の２つの眼底像を撮影マスク４２の位置に中間像として結像する第一の結像光学系を構成する。

撮影マスク４２は、図２（ｂ）に図示したように、正方形の開口部４２ａと赤外光のみを透過させる外周が円形な領域４２ｂと全波長不透過の遮光部４２ｃからなる薄板状の部材である。撮影マスク４２はその中心４２ｄを撮影光軸４８に合わせて光路に固定配置されている。

図１に戻って、赤外透過可視反射ミラー３６を透過した赤外光は、ミラー３８で反射され、レンズ３７と例えばガラス板により構成される光路長調整手段３９を通過して赤外光に感度を有する赤外ＣＣＤなどで構成される電子撮像手段４０に入射される。電子撮像手段４０の出力信号は、モニタ４１に入力される。眼底１ａにピントが合っていると、モニタ４１には、撮影マスク４２の位置に結像された一対の眼底像が重なり合って一つの眼底像として表示される。一対の眼底像がずれて２重像として表示される場合には、２重像が解消するように、フォーカスレンズ３２を調節して再度ピント合わせを行う。

また、アライメントの初期段階では、前眼部レンズ４４が光路に挿入されるので、検者は被検眼１の前眼部１ｂの画像をモニタ４１で確認することができる。また、アライメントや合焦操作のときは、複数のＬＥＤ光源４５ａからなる内部固視灯４５のいずれかのＬＥＤ光源が点灯され、検者は被検者にこの固視灯を注視させることによりアライメントや合焦操作を確実にすることができる。

撮影マスク４２の領域４２ｂは、赤外光のみを透過する領域であり、矩形開口部４２ａは、すべての帯域の光束を透過させるので、撮像素子４０で撮像され、モニタ４１に表示される画像には、図１の右上のＡで示したように、矩形開口部４２ａに対応した矩形の輪郭線４３ｃが表示され、検者はステレオ撮影時の撮影範囲がどの程度であるかを確認することができる。

リレーレンズ４７が、第一の結像光学系の射出瞳像を後述の第二の結像光学系に結ぶために配置されている。赤外透過ミラー３６で反射された可視光が、このリレーレンズ４７を介して前眼部１ｂと共役位置に配置され被検眼眼底１ｂからの反射光束を視差のある左右一対の光束に分割する２孔絞り５０に入射する。２孔絞り５０は、図２（ａ）に示した２孔絞り３１と同様な絞りであり、２孔絞り５０に近接して（つまり２孔絞り３１とほぼ共役な位置に）一対の光路分割レンズ５１、５２が配置される。この一対の光路分割レンズ５１、５２は、撮影マスク４２からの光路を分割し、撮影マスク４２の位置に中間像として結像された左右一対の眼底像を互いに重ならないように左右に分離して再結像する第二の結像光学系を構成する。ここで光路分割レンズ５１、５２は撮影光軸４８に対して軸対称に配置されることが最適である。

光路分割レンズ５１の後には第一の波長域のみ実質透過させる第一の光学フィルタ５３が、 光路分割レンズ５２の後には第二の波長域のみ実質透過させる第二の光学フィルタ５４がそれぞれ配置される。ここで、特徴量として酸素飽和度を測定する際には、第一の波長域は可視光の緑（４９５〜５７０ｎｍ）の領域、第二の波長域は可視光の橙（５９０〜６２０ｎｍ）の領域とする。

第一の光学フィルタ５３、第二の光学フィルタ５４の後には色収差を補正する光学素子として色収差補正レンズ５５、５６が配置される。これは、二つの光路の間の色収差を補正するためのものであるから、第一の光学フィルタ５３と第二の光学フィルタ５４の一方の後にだけ色収差補正レンズを配置するようにしてもよい。

第一の光学フィルタ５３、第二の光学フィルタ５４、色収差補正レンズ５５、５６は光路に挿脱可能に構成されている。これらの光学素子は、ディスプレイ４１または接眼レンズ６２で眼底１ｂを観察する際には光路から離脱され、網膜組織の特徴量を算出する際には光路に挿入される。

この第二の結像光学系による結像面に、可視光に感度を有する可視ＣＣＤなどで構成される電子撮像手段５７の撮像面５７ａが配置され、光路分割レンズ５１、５２と電子撮像手段５７との間にはリターンミラー６０が配置される。電子撮像手段５７は、本体１の筐体に設けられたシャッタスイッチ４６と連動して動作する。光学フィルタ２３、５３、５４および色収差補正レンズ５５、５６が光路から離脱され、リターンミラー６０が光路に挿入される場合には、検者は分離された左右一対の眼底像をミラー６１を介して接眼レンズ６２により肉眼観察することができる。このとき、観察される眼底像は、図１の右上のＢで示したように、分離された左右一対の視差のある眼底像１ｃ、１ｄであり、検者は眼底を立体視することができる。

電子撮像手段５７で撮像された眼底像は、メモリ５４に記憶することがでる。メモリ５４に記憶された眼底像は、モニタ４１に表示したり、不図示のプリンタに出力したりする。また、光学フィルタ２３、５３、５４および色収差補正レンズ５５、５６が光路に配置された状態で撮像された眼底像は、例えばパーソナルコンピュータにより構成される画像処理装置３に取り込まれて、特徴量の算出に用いられる。

図３に、画像処理装置３の機能ブロック図を示す。制御部７０は、ＣＰＵにより構成され画像処理装置３の各ハードウェアを制御する。表示部７２は、液晶ディスプレイ装置等により構成され、画像処理部８０により生成された画像の表示を行う。操作部７３は、キーボード、マウス等により構成され検者が画像処理装置３を操作するためのインターフェースとなる。記憶部７４は、半導体メモリ、ハードディスク装置等の記憶装置により構成され、画像処理部８０により生成された画像、制御部７１が実行するプログラム等を記憶する。

画像処理部８０は、特徴量算出手段８１、立体画像生成手段８２、特徴量画像生成手段８３を備えている。特徴量算出手段８１は、第一の光学フィルタ５３を通過して電子撮像手段５７の撮像面５７ａに結像した第一の画像と、第二の光学フィルタ５４を通過して電子撮像手段５７の撮像面５７ａに結像した第二の画像について電子撮像手段５７から得られる画像信号を演算することにより被検眼眼底１ａの網膜組織の特徴量、例えば酸素飽和度を算出する。

図４（ａ）に第一の画像の例を、図４（ｂ）に第二の画像の例を、それぞれ示す。中心付近に略円形の黄斑部１２１が表れ、ここから放射状に血管１２０が伸びている状態が視認できる。ここでは、模式的に線図としているが、実際には第一の画像は緑色のグレースケール画像、第二の画像は赤色のグレースケール画像として得られる。第一の波長領域の光と第二の波長領域の光との間の網膜組織の透過率の違いにより血管１２０の形状は二つの画像の間で異なっている。また、視差があるため、黄斑部１２１の位置が二つの画像の間で若干ずれている。

酸素飽和度を算出する場合、特徴量算出手段８１は次のような処理を行う。第一の画像と第二の画像は若干の視差がある画像である。そのため、まず視差情報等に基づいて両画像の位置合わせ処理を行う。第一の波長領域と第二の波長領域とでは網膜への透過率が異なるが、両画像に共通して表れている血管領域、例えば図４（ａ）、（ｂ）の符号１２１ａを付した部分、の情報に基づいて位置合わせを行えば通常は透過率の影響を無視することができる。無視することができない場合には、色収差の程度に基づいて補正をするようにしてもよい。そして、位置合わせ後の両画像について画像信号の強度比に基づいて網膜組織の酸素飽和度を算出する。黄斑組織密度等の他の特徴量も上記と同様の方法で算出することができる。

立体画像生成手段８２は、第一の画像と第二の画像について、電子撮像手段５７から得られる画像信号を演算することにより、被検眼眼底１ａのステレオ画像または立体画像を生成する。第一の画像と第二の画像を肉眼で見た場合は、異なる色のグレースケール画像であるが、基本的には、従来例と同様な同一箇所を撮影した視差のある画像であるから、ステレオスコープ等によって立体視することができるステレオ画像や表示装置に表示したとき立体感が得られる立体画像を、視差の計算を行うことにより単色のグレースケール画像として生成することができる。

特徴量画像生成手段８３は、被検眼眼底１ａの網膜組織の特徴量の測定結果と立体画像とを対応付けた特徴量画像を生成する。図４に（ｃ）に特徴量画像の一例を示す。この例では、血管を表す線の太さで酸素飽和度を示しており、符号１２０で示したように太線となっている箇所は酸素飽和度が大きい箇所である。ここでは、線の太さを２段階としているが、実際にはもっと多くの段階に分けて表示するとよい。このほか、特徴量画像として、白黒のグレースケールで生成された立体画像を酸素飽和度の大小に対応して色分けして表示した画像、各部の酸素飽和度をグラフ表示した画像を立体画像に重ねて、あるいは立体画像と並べて表示した画像等を生成してもよい。

画像処理部８０の各手段は前述のＣＰＵが記憶部７４に記憶されたプログラムを実行することにより実現される。

この実施例では、画像処理装置３は本体２とは別筐体のパーソナルコンピュータ等で構成されるものとしたが、本体２に内蔵したマイクロコンピュータにより画像処理部８０を構成し、生成した立体画像等をディスプレイ４１に表示するようにしてもよい。

また、上記実施例では、網膜上で血管と認識できる部位に注目した特徴量算出手法について述べたが、図６のように、毛細血管の特徴量を算出する方法として、画像全域で特徴量算出を行ってもよい。なお図６は、図面様式の制約のため白黒のグレースケール画像としてあるが、実際には、画像の全領域の画素について特徴量の大きさに応じて暗い赤、赤、橙、黄、緑、水色、青の７色に色分けして表示している。

そして、眼底撮像装置１０では、２孔絞り３１により眼底１ａからの反射光を左右一対の光束に分割し、第一の光学フィルタ５３を通過して電子撮像手段５７の撮像面５７ａに結像した第一の画像と、第二の光学フィルタ５４を通過して電子撮像手段５７の撮像面５７ａに結像した第二の画像について電子撮像手段５７から得られる画像信号を特徴量算出手段８１が演算処理することにより被検眼眼底１ａの網膜組織の特徴量を算出する。そのため、眼底撮像装置１０によれば、１回の撮影で特徴量の算出と立体画像の生成の両方を行うことができる。

また、立体画像生成手段８２は、特徴量の算出に用いたものと同じ第一の画像、第二の画像から眼底の立体画像を生成する。すなわち、特徴量の算出と立体画像の生成を同一の装置で撮像された同一の画像に基づいて行っているので、検者は拡大率や画角の相違を考慮することなく診断を行うことができる。

また、 第一の光学フィルタ５３、第二の光学フィルタ５４、色収差補正レンズ５５、５６は光路に挿脱可能に構成されているから、検者は従来と同様に接眼レンズ６２により眼底の立体画像を観察することができる。

光路分割レンズ５１、５２と電子撮像手段５７の間には色収差補正レンズ５５、５６が設けられているから、特徴量の算出精度を高めることができる。

また、特徴量画像生成手段８３は立体画像と特徴量を関連づけた特徴量画像を生成するので、検者はこれを観察し診断に役立てることができる。特に、特徴量が酸素飽和度である場合は緑内障の早期発見に役立てることができる。

１ 被検眼
２ 本体
３ 画像処理装置
１０ 眼底撮像装置
１１ 光源
１２ 凹面鏡
１３ 可視カット赤外透過フィルタ
１４ ストロボ
１５ 拡散板
１６ リングスリット
１７ レンズ
１８ 黒点板
１９ ハーフミラー
２０ リレーレンズ
２１ 穴あき全反射ミラー
２２ 対物レンズ
２３ 光学フィルタ
３１ ２孔絞り
３２ フォーカスレンズ
３３ 結像レンズ
３４ ハーフミラー
３６ 赤外透過可視反射ミラー
３７ レンズ
３８ ミラー
３９ 光路長調整手段
４０ 電子撮像手段
４１ ディスプレイ
４２ 撮影マスク
４６ シャッタスイッチ
４７ リレーレンズ
４８ 撮影光軸
５０ ２孔絞り
５１、５２ 光路分割レンズ
５３ 第一の光学フィルタ
５４ 第二の光学フィルタ
５５、５６ 色収差補正レンズ
５７ 電子撮像手段
５８ メモリ
６０ リターンミラー
６１ ミラー
６２ 接眼レンズ
７１ 制御部
７２ 表示部
７３ 操作部
７４ 記憶部
８０ 画像処理部
８１ 特徴量算出手段
８２ 立体画像生成手段
８３ 特徴量画像生成手段

Claims (9)

1. 電子撮像手段と、被検眼の前眼部共役位置に配置され被検眼眼底からの反射光束を視差のある左右一対の光束に分割するための光路分割手段と、分割された光束から左右一対の眼底像をそれぞれ左右に分離して電子撮像手段の撮像面に結像する結像光学系とを備え被検眼眼底の画像を撮影する眼科撮像装置において、
   左右一対の光束の一方が進む第一の光路に配置され第一の波長域のみ実質透過させる第一の光学フィルタと、
   左右一対の光束の他方が進む第二の光路に配置され第二の波長域のみ実質透過させる第二の光学フィルタと、
   第一の光学フィルタを通過して電子撮像手段の撮像面に結像した第一の画像と、第二の光学フィルタを通過して電子撮像手段の撮像面に結像した第二の画像とについて電子撮像手段から得られる画像信号を演算することにより被検眼眼底の網膜組織の特徴量を算出する特徴量算出手段と、
   を備えることを特徴とする眼底撮像装置。
2. 光路分割手段が２孔絞りであることを特徴とした、請求項１に記載の眼底撮像装置。
3. 前記第一の画像と第二の画像とについて電子撮像手段から得られる画像信号を演算することにより被検眼眼底の立体画像を生成する立体画像生成手段を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の眼底撮像装置。
4. 第一の光路と第二の光路の一方または両方に、色収差を補正する光学素子が挿入されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の眼底撮像装置。
5. 網膜組織の特徴量と立体画像とを対応付けた特徴量画像を生成する特徴量画像生成手段を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の眼底撮像装置。
6. 第一の光学フィルタは第一の光路に、第二の光学フィルタは第二の光路にそれぞれ挿脱可能に構成されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の眼底撮像装置。
7. 網膜組織の特徴量が酸素飽和度であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の眼底撮像装置。
8. 網膜組織の特徴量が黄斑色素密度であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の眼底撮像装置。
9. 被検眼の前眼部共役位置に配置された光路分割手段により被検眼眼底からの反射光束を視差のある左右一対の光束に分割し、
   左右一対の光束の一方を第一の波長域のみ実質透過させる第一の光学フィルタを通過させて電子撮像手段の撮像面に結像させた第一の画像と、
   左右一対の光束の他方を第二の波長域のみ実質透過させる第二の光学フィルタを通過させて電子撮像手段の撮像面に結像させた第二の画像とについて電子撮像手段から得られる画像信号を演算することにより被検眼眼底の網膜組織の特徴量を算出する特徴量測定方法。

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