JP5587014B2 - 眼科装置 - Google Patents

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。

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。

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）。

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。

特開２００７−２０２９５２号公報

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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）。

＜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。

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。

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。

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。

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。

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。

＜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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

＜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。

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。

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。

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。

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。

＜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。

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。

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。

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。

＜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。

＜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。

＜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。

＜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。

＜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。

＜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。

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。

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。

＜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。

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。

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。

＜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。

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。

＜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。

＜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。

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。

＜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。

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。

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。

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。

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。

＜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。

＜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。

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。 本光学系によって取得された正面画像と断層画像の具体例を示す図である。 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。 テンプレートマッチングについて説明する図である。 単位ピクセル当たりの走査光の画角情報を検出する手法について説明する図である。

２０ 受光光学系
６２ 走査部
７０ 制御部
２００ 干渉光学系

Claims (3)

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光走査型眼科装置。
2. 請求項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光走査型眼科装置。
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。

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