JP6355930B2 - Corneal imaging device - Google Patents
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Description
本発明は、被検眼に対して照明光を照射して、被検眼の角膜からの反射光を受光することによって角膜像を撮像する角膜撮影装置に関するものである。 The present invention relates to a cornea imaging apparatus that captures a cornea image by irradiating illumination light to a subject's eye and receiving reflected light from the cornea of the subject's eye.
従来から、眼疾患の有無判断や眼の術後経過の診断などに際して、角膜、特に角膜内皮の細胞状態を観察することが行われている。 Conventionally, the cell state of the cornea, particularly the corneal endothelium, has been observed when determining the presence or absence of an eye disease or diagnosing the postoperative course of the eye.
このような角膜内皮の細胞状態を観察するに際して、被検眼に対して非接触で角膜内皮細胞を撮像することの出来る角膜撮影装置が知られている。この角膜撮影装置は、照明光学系によりスリット状の照明光を被検眼の角膜に斜めから照射して、角膜からの反射光を撮像光学系で受光して角膜内皮細胞を撮像するようになっている。 When observing the cell state of such corneal endothelium, a corneal imaging apparatus that can image corneal endothelial cells in a non-contact manner with respect to an eye to be examined is known. In this cornea photographing device, a slit-shaped illumination light is irradiated obliquely to the cornea of an eye to be examined by an illumination optical system, and reflected light from the cornea is received by an imaging optical system to image corneal endothelial cells. Yes.
しかしながら、角膜を斜めからスリット光で照射するため、照射される角膜内皮細胞の範囲は狭く、この狭い範囲でしか角膜内皮細胞の観察や撮影することができない。このため、角膜内皮細胞の一部に病変がある場合にその病変を見落としてしまうという問題があった。 However, since the cornea is irradiated obliquely with slit light, the range of corneal endothelial cells to be irradiated is narrow, and the corneal endothelial cells can be observed and photographed only within this narrow range. For this reason, when there is a lesion in a part of corneal endothelial cells, there is a problem that the lesion is overlooked.
この問題に対し、特許文献1には広い範囲で角膜内皮細胞の観察や撮影することができる角膜内皮細胞撮影装置が開示されている。 With respect to this problem, Patent Document 1 discloses a corneal endothelial cell imaging apparatus that can observe and capture corneal endothelial cells over a wide range.
特許文献1に開示された撮影装置は、被検者に視線を向けてもらう対象となる固視灯を複数備え、そして、1回の撮影終了後、点灯する固視灯を変えて被検者の視線の方向を変化させた状態で改めて撮影を行うという処理を繰り返す。そして、このようにして得られた複数の画像が合成されて、広範囲の角膜内皮細胞画像が作成される。 The imaging apparatus disclosed in Patent Document 1 includes a plurality of fixation lamps that are targets for which the subject is directed to the line of sight, and changes the fixation lamp that is turned on after the completion of one imaging. The process of shooting again with the direction of the line of sight changed is repeated. Then, a plurality of images obtained in this way are combined to create a wide-range corneal endothelial cell image.
しかしながら、固視灯を変えて複数の視線の方向で撮影を繰り返すため、1つの広範囲な画像を取得するためには非常に長い時間を要する。このため、被検者に大きな負担をかけることになる。 However, since photographing is repeated in a plurality of gaze directions by changing the fixation lamp, it takes a very long time to acquire one wide range image. This places a heavy burden on the subject.
つまり、被検者に対し1つの固視灯に固視させた状態で装置のアライメントを行った後、撮影処理が行われ、さらに、別の固視灯を点灯させ、被検者の視線を当該別の固視灯の方に向けさせ、装置のアライメントを行った後に改めて撮影処理が行われる。このような処理が複数回繰り返されるため、1つの広範囲な画像の撮影処理が完了するまでに多くの時間がかかるのである。 In other words, after performing alignment of the apparatus with the subject fixed to one fixation lamp, imaging processing is performed, and another fixation lamp is turned on to examine the subject's line of sight. The imaging process is performed again after the apparatus is aligned by directing it toward the other fixation lamp. Since such a process is repeated a plurality of times, it takes a long time to complete one wide-range image capturing process.
さらに言えば、各箇視位置に対して、被検者は点灯する固視灯を見続けることになり、このように、特許文献にかかる方法では、被検者にとっては非常な負担になるのである。 Furthermore, for each gaze position, the subject will continue to see the fixation light that is lit, and thus, the method according to the patent document is very burdensome for the subject. is there.
また、取得された撮影位置の異なる複数の画像には時間差が生じることが避けられず、複数の画像を撮影中に生体である被検眼の状態が変化し、そのため、品質の高い広範囲の角膜内皮細胞画像を得られない恐れもあった。 In addition, it is inevitable that a time difference occurs between the acquired images having different imaging positions, and the state of the subject's eye that is a living body changes during imaging of the plurality of images, so that a wide range of high quality corneal endothelium is obtained. There was also a risk that cell images could not be obtained.
上記の問題の解決するため、被検者に負担がかからないように、短時間で広範囲な角膜内皮細胞画像を取得できる装置を特許文献2では開示されている。 In order to solve the above problem, Patent Document 2 discloses an apparatus that can acquire a wide range of corneal endothelial cell images in a short time so that a subject is not burdened.
特許文献2に開示された撮影装置は、被検者の角膜内皮細胞を撮影するための検査光学系を回転移動可能な構造となっている。つまり、所定の範囲(広範囲)の角膜内皮細胞画像を取得するため、検査光学系を所定の(パノラマ撮影用)回転角だけ回転させるようになっている。 The imaging apparatus disclosed in Patent Document 2 has a structure that can rotate and move an inspection optical system for imaging a corneal endothelial cell of a subject. That is, in order to acquire a corneal endothelial cell image in a predetermined range (wide range), the inspection optical system is rotated by a predetermined (for panoramic imaging) rotation angle.
この構成によれば、被検者を1つの固視標で固視した状態で、検査光学系を回転させて、複数の撮影位置が異なる角膜内皮細胞画像を取得し、その複数の角膜内皮細胞画像を合成することで、広範囲の角膜内皮細胞画像が取得できる。 According to this configuration, in a state in which the subject is fixed with one fixation target, the examination optical system is rotated to acquire a plurality of corneal endothelial cell images at different imaging positions, and the plurality of corneal endothelial cells A wide range of corneal endothelial cell images can be acquired by synthesizing images.
つまり、検査光学系の回転移動を高速で行うことにより、短時間で複数の撮影位置が異なる角膜内皮細胞画像を取得可能となり、それにより、患者負担が低減可能であり、さらに、取得した撮影位置の異なる複数の画像は時間差が少ないため、品質の高い広範囲角膜内皮細胞画像を作成できる。 In other words, by performing the rotational movement of the inspection optical system at high speed, it is possible to acquire corneal endothelial cell images with different imaging positions in a short time, thereby reducing the burden on the patient and further acquiring the acquired imaging position. Since a plurality of images having different values have little time difference, a high-quality wide-range corneal endothelial cell image can be created.
上述のように、特許文献1にかかる方法では、1つの広範囲の角膜内皮細胞を生成するには時間がかかり過ぎるため、被検者に過大な負担がかかる上、取得した複数の画像には時間差があるため、合成されて得られる広範囲の角膜内皮細胞画像を、高い品質で取得するのが困難であった。 As described above, in the method according to Patent Document 1, since it takes too much time to generate one wide-range corneal endothelial cell, an excessive burden is placed on the subject, and a plurality of acquired images have a time difference. Therefore, it has been difficult to acquire a wide range of corneal endothelial cell images obtained by synthesis with high quality.
対して、特許文献2にかかる方法は、1つの固視状態で、しかも短時間で複数の撮影位置が異なる角膜内皮細胞画像を取得可能であることから、被検者の負担が軽減されると共に、取得した複数の画像は時間差が小さいため、高品質な広範囲の角膜内皮細胞も取得可能である。 On the other hand, since the method according to Patent Document 2 can acquire corneal endothelial cell images having different imaging positions in a single fixation state and in a short time, the burden on the subject is reduced. Since the acquired images have a small time difference, a wide range of high-quality corneal endothelial cells can be acquired.
ところが、検査光学系を回転移動させる特許文献2にかかる方法は、構成自体複雑になる。すなわち、被検者の角膜内皮位置に合焦させた状態で検査光学系を回転移動させる必要があるため、非常に精度の高い制御が必要となることや、検査光学系を回転移動させるスペースを確保するため装置自体大きくなってしまうことから、結果的に高コストになってしまうという問題があった。 However, the method according to Patent Document 2 for rotating the inspection optical system has a complicated structure. That is, since it is necessary to rotate the inspection optical system in a state where it is focused on the position of the corneal endothelium of the subject, very accurate control is required, and there is a space for rotating the inspection optical system. As a result, the size of the device itself is increased, and as a result, there is a problem that the cost is increased.
本発明は、上述の課題を解決するものであり、被検者に負担をかけることなく、かつ、コストをかけることなく、高品質な広範囲の角膜内皮細胞画像を取得可能な角膜撮影装置を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described problems, and provides a cornea imaging apparatus capable of acquiring a wide range of high-quality corneal endothelial cells without burdening the subject and without cost. The purpose is to do.
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、スリット光束を被検眼に対して斜めから照射する照明光源を備えた照明光学系と、スリット光束による被検眼の角膜からの反射光束を受光して角膜像を撮像する光電素子を備えた撮像光学系とを備え、それら照明光学系及び撮像光学系を全体として該被検眼に対して接近乃至は離隔方向に移動させて合焦せしめる駆動手段を備えた角膜撮影装置において、装置本体を接近乃至は離隔方向に移動中に複数回発光させて、前後位置(Z軸座標)が異なる複数の撮像画像を取得し、取得した複数の撮像画像において、全体又は所定の領域において細胞壁を抽出する抽出手段と、抽出手段から抽出した細胞壁から複数の撮像画像間におけるXY座標の相対位置を算出する算出手段と、算出手段から求めた相対位置に基づいて前記複数の撮像画像を重ね合わせて、広範囲画像を生成する生成手段を備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 is directed to an illumination optical system including an illumination light source that irradiates a slit light beam obliquely to the eye to be examined, and a reflected light beam from the cornea of the eye to be examined by the slit light beam. And an optical imaging system that includes a photoelectric element that captures a corneal image and moves the illumination optical system and the imaging optical system as a whole toward or away from the eye to be focused. In a cornea photographing apparatus including a driving unit, a plurality of captured images having different front and rear positions (Z-axis coordinates) are acquired by emitting light a plurality of times while the apparatus body is moving in the approaching or separating direction, and the plurality of acquired imaging In the image, an extraction means for extracting a cell wall in the whole or a predetermined region, a calculation means for calculating a relative position of XY coordinates between a plurality of captured images from the cell wall extracted from the extraction means, and a calculation means By superimposing the plurality of captured images based on the obtained relative position, characterized by comprising a generating means for generating a wide range image.
被検眼の角膜内皮細胞の合焦位置の前後位置(Z軸座標)のアライメント操作中に取得した複数の(角膜内皮細胞)撮像画像は、角膜内皮細胞のX軸座標(被検眼の左右位置)を少しずつ移動して取得された画像である。つまり、X軸座標に対して連続的に位置が異なる画像であるため、被検眼の角膜内皮細胞の合焦位置の前後位置で連続して取得した複数の角膜内皮細胞画像の各々の画像に対して全体又は所定の領域において細胞壁を抽出し、抽出した細胞壁から、取得した複数の角膜内皮細胞画像間のXY座標(被検眼の左右及び上下位置)の相対位置を算出して、算出して求めた相対位置に基づいて、取得した複数の角膜内皮細胞画像を重ね合わせて角膜内皮細胞の広範囲画像を生成するものであることから、特許文献1や特許文献2に開示されたような、広範囲画像を取得するための別の操作(固視標の変更や検査光学系の移動)を行う必要がないため、被検者に負担をかけることなく、かつ、特別な構成も必要ないため、コストもかけることなく、広範囲の角膜内皮細胞画像を生成が可能となる。 A plurality of (corneal endothelial cell) captured images acquired during the alignment operation of the corneal endothelial cell in-focus position of the eye to be examined (Z-axis coordinate) are X-axis coordinates of the corneal endothelial cell (left-right position of the eye to be examined). It is an image acquired by moving little by little. In other words, since the images are continuously different in position with respect to the X-axis coordinates, for each image of a plurality of corneal endothelial cell images acquired continuously at positions before and after the in-focus position of the corneal endothelial cells of the eye to be examined. Then, the cell wall is extracted in the whole or in a predetermined area, and the relative position of the XY coordinates (left and right and up and down positions of the eye to be examined) between the acquired plurality of corneal endothelial cell images is calculated from the extracted cell wall. Based on the relative position, a plurality of acquired corneal endothelial cell images are superimposed to generate a wide-range image of corneal endothelial cells. Therefore, a wide-range image as disclosed in Patent Document 1 or Patent Document 2 is used. Because there is no need to perform another operation (changing the fixation target or moving the inspection optical system) to acquire the image, there is no burden on the subject and no special configuration is required, so the cost is also low. Wide Generating a corneal endothelial cell image of circumference can be achieved.
また、本発明の請求項2に記載の発明は、請求項1にかかる角膜撮影装置において、抽出した細胞壁に対して2次元パターンマッチング処理を実施して、取得した複数の角膜内皮細胞画像間のXY座標の相対位置を求めることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the corneal imaging device according to the first aspect, a two-dimensional pattern matching process is performed on the extracted cell wall to obtain a plurality of acquired corneal endothelial cell images. The relative position of XY coordinates is obtained.
抽出した細胞壁に対して2次元パターンマッチング処理を実施することにより、角膜内皮細胞画像間のXY座標の相対位置をより高精度で求めることができるため、より品質の高い広範囲の角膜内皮細胞画像を生成することが可能となる。 By performing a two-dimensional pattern matching process on the extracted cell wall, the relative position of the XY coordinates between the corneal endothelial cell images can be determined with higher accuracy, so a wide range of higher quality corneal endothelial cell images can be obtained. Can be generated.
また、本発明の請求項3に記載の発明は、請求項1又は請求項2にかかる角膜撮影装置において、広範囲の角膜内皮細胞画像を生成する際、画像が重なった領域に対し加算処理を行うことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the corneal imaging device according to the first or second aspect, when a wide-range corneal endothelial cell image is generated, an addition process is performed on a region where the images overlap. It is characterized by that.
加算処理を行うことにより、S/N比が向上し、より高コントラストな広範囲の角膜内皮細胞画像を生成することが可能となる。 By performing the addition process, it is possible to improve the S / N ratio and generate a wide-range corneal endothelial cell image with higher contrast.
また、本発明の請求項4に記載の発明は、請求項1から3のいずれかにかかる角膜撮影装置において、被検眼の角膜内皮細胞の合焦位置の前後位置で連続して角膜内皮細胞画像を取得する際に、XYアライメント信号及び/或いはZアライメント信号から得られるXYZの位置情報(座標情報)の内、少なくとも1つの位置情報を同時に取得し、保存することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the corneal imaging device according to any one of the first to third aspects, the corneal endothelial cell images are continuously obtained before and after the focal position of the corneal endothelial cell of the eye to be examined. Is acquired, at least one position information among XYZ position information (coordinate information) obtained from the XY alignment signal and / or the Z alignment signal is simultaneously acquired and stored.
例えば、角膜内皮細胞画像を取得する際に、XYの位置情報(座標情報)を同時に取得し保存することにより、取得した複数の角膜内皮細胞画像間のXY座標の相対位置を求める際、別な処理で相対位置を求める必要がなくなるため、より短時間で広範囲の角膜内皮細胞画像を生成することが可能となる。 For example, when acquiring corneal endothelial cell images, by acquiring and storing XY position information (coordinate information) at the same time, when obtaining the relative positions of XY coordinates between the acquired plurality of corneal endothelial cell images, Since it is not necessary to obtain the relative position by the processing, it is possible to generate a wide range of corneal endothelial cell images in a shorter time.
また、保存したXYの位置情報(座標情報)と上記記載した相対位置算出手段などを併用することで、より高い精度で相対位置を算出することも可能となる。 Further, by using the stored XY position information (coordinate information) together with the above-described relative position calculation means, the relative position can be calculated with higher accuracy.
上記のように、本発明にかかる角膜撮影装置は、被検者に負担をかけることなく、かつ、コストをかけることなく、高品質な広範囲の角膜内皮細胞画像を取得可能なのである。 As described above, the cornea imaging apparatus according to the present invention can acquire a wide range of high-quality corneal endothelial cells without imposing a burden on the subject and without cost.
以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明する。 Hereinafter, in order to clarify the present invention more specifically, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
先ず、図1に、本発明における角膜撮影装置の一実施形態としての装置光学系10を示す。装置光学系10は、被検眼Eの前眼部を観察する観察光学系12を挟んで、一方の側に撮像照明光学系14および位置検出光学系16が設けられ、他方の側に位置検出照明光学系18および撮像光学系20が設けられた構造とされている。なお、特に本実施形態においては、撮像照明光学系14および位置検出照明光学系18を含んで、照明光学系が構成されている。 First, FIG. 1 shows an apparatus optical system 10 as an embodiment of a cornea photographing apparatus according to the present invention. The apparatus optical system 10 includes an imaging illumination optical system 14 and a position detection optical system 16 on one side with an observation optical system 12 for observing the anterior eye portion of the eye E to be examined, and a position detection illumination on the other side. The optical system 18 and the imaging optical system 20 are provided. In particular, in the present embodiment, the illumination optical system is configured to include the imaging illumination optical system 14 and the position detection illumination optical system 18.
観察光学系12は、被検眼Eに近い位置から順にハーフミラー22、対物レンズ24、ハーフミラー26、コールドミラー27、および光電素子としてのCCD28が光軸O1上に設けられて構成されている。また、被検眼Eの前方には、複数(本実施形態においては、2つ)の観察用光源30,30が配設されている。観察用光源30,30は、赤外光束を発する例えば赤外LEDなどが用いられる。そして、コールドミラー27は、赤外光を透過せしめる一方、可視光を反射するようにされており、観察用光源30,30から発せられて被検眼Eの前眼部で反射された反射光束が、対物レンズ24およびコールドミラー27を通して、CCD28上で結像されるようになっている。 The observation optical system 12 is configured such that a half mirror 22, an objective lens 24, a half mirror 26, a cold mirror 27, and a CCD 28 as a photoelectric element are provided on the optical axis O1 in order from a position close to the eye E. Further, a plurality (two in the present embodiment) of observation light sources 30 and 30 are arranged in front of the eye E to be examined. As the observation light sources 30, 30, for example, infrared LEDs that emit infrared light beams are used. The cold mirror 27 transmits infrared light while reflecting visible light, and the reflected light beam emitted from the observation light sources 30 and 30 and reflected by the anterior eye portion of the eye E is examined. The image is formed on the CCD 28 through the objective lens 24 and the cold mirror 27.
撮像照明光学系14は、被検眼Eに近い位置から順に投影レンズ32、コールドミラー34、スリット36、集光レンズ38、撮像用光源40が設けられて構成されている。撮像用光源40は可視光束を発する例えばLED等が用いられる。コールドミラー34は、赤外光を透過せしめる一方、可視光を反射するようにされている。そして、撮像用光源40から発せられた光束は、対物レンズ38およびスリット36を通してスリット光束とされて、コールドミラー34により反射された後に投影レンズ32を通して、角膜Cに対して斜め方向から照射されるようになっている。 The imaging illumination optical system 14 includes a projection lens 32, a cold mirror 34, a slit 36, a condensing lens 38, and an imaging light source 40 in order from a position close to the eye E. The imaging light source 40 is, for example, an LED that emits a visible light beam. The cold mirror 34 transmits infrared light while reflecting visible light. Then, the light beam emitted from the imaging light source 40 is converted into a slit light beam through the objective lens 38 and the slit 36, reflected by the cold mirror 34, and then irradiated to the cornea C from the oblique direction through the projection lens 32. It is like that.
位置検出光学系16は、その光軸の一部が撮像照明光学系14の光軸と一致せしめられており、被検眼Eに近い位置から順に投影レンズ32、コールドミラー34、ラインセンサ44が設けられて構成されている。そして、後述する観察用光源54から照射されて角膜Cで反射された光束が、投影レンズ32、コールドミラー34を通して、ラインセンサ44上に結像されるようになっている。 The position detection optical system 16 has a part of its optical axis aligned with the optical axis of the imaging illumination optical system 14, and is provided with a projection lens 32, a cold mirror 34, and a line sensor 44 in order from a position close to the eye E. Is configured. A light beam emitted from an observation light source 54 to be described later and reflected by the cornea C is imaged on the line sensor 44 through the projection lens 32 and the cold mirror 34.
一方、位置検出照明光学系18は、被検眼Eに近い位置から順に対物レンズ46、コールドミラー48、集光レンズ52、および位置検出用光源としての観察用光源54が設けられて構成されている。観察用光源54は、例えば赤外LEDなどの赤外光源が好適に採用される。そして、観察用光源54から発せられた赤外光束が、角膜Cに対して斜めから照射されるようになっている。なお、観察用光源54は、例えばハロゲンランプや可視光LEDなどの可視光源と赤外フィルタを組み合わせることによって構成しても良い。但し、観察用光源54は、必ずしも赤外光源とされる必要は無く、ハロゲンランプや可視光LEDなどの可視光源を用いても良い。可視光源を用いる場合には、その照度は撮像用光源40の照度よりも小さくされることが好ましい。これにより、アライメント等、観察用光源54による光束を照射せしめる際の被検者の負担を軽減することが出来る。 On the other hand, the position detection illumination optical system 18 includes an objective lens 46, a cold mirror 48, a condenser lens 52, and an observation light source 54 as a position detection light source in order from a position close to the eye E. . As the observation light source 54, for example, an infrared light source such as an infrared LED is suitably employed. The infrared light beam emitted from the observation light source 54 is irradiated to the cornea C from an oblique direction. Note that the observation light source 54 may be configured by combining a visible light source such as a halogen lamp or visible light LED and an infrared filter, for example. However, the observation light source 54 is not necessarily an infrared light source, and a visible light source such as a halogen lamp or a visible light LED may be used. When a visible light source is used, the illuminance is preferably made smaller than the illuminance of the imaging light source 40. Thereby, it is possible to reduce the burden on the subject when irradiating the light beam from the observation light source 54 such as alignment.
撮像光学系20は、その光軸の一部が位置検出照明光学系18の光軸と一致せしめられており、被検眼Eに近い位置から順に対物レンズ46、コールドミラー48、スリット56、変倍レンズ58、合焦レンズ60、コールドミラー27、CCD28が設けられて構成されている。そして、撮像用光源40から照射されて角膜Cで反射された光束が、対物レンズ46を介してコールドミラー48で反射された後に、スリット56によって平行光束とされて、変倍レンズ58、合焦レンズ60を介して、コールドミラー27で反射されてCCD28上に結像されるようになっている。 The imaging optical system 20 has a part of its optical axis aligned with the optical axis of the position detection illumination optical system 18, and the objective lens 46, cold mirror 48, slit 56, magnification change in order from the position close to the eye E to be examined. A lens 58, a focusing lens 60, a cold mirror 27, and a CCD 28 are provided. Then, the light beam irradiated from the imaging light source 40 and reflected by the cornea C is reflected by the cold mirror 48 through the objective lens 46, and then converted into a parallel light beam by the slit 56. The light is reflected by the cold mirror 27 through the lens 60 and imaged on the CCD 28.
また、観察光学系12上に設けられるハーフミラー22は、固視標光学系64、アライメント光学系66の一部を構成している。 The half mirror 22 provided on the observation optical system 12 constitutes a part of the fixation target optical system 64 and the alignment optical system 66.
固指標光学系64は、被検眼Eに近い位置から順にハーフミラー22、投影レンズ68、ハーフミラー70、ピンホール板72、固視標光源74が設けられて構成されている。固視標光源74は例えばLEDなどの可視光を発する光源であり、固視標光源74から発せられた光束は、ピンホール板72、ハーフミラー70を透過した後、投影レンズ68によって平行光束とされて、ハーフミラー22によって反射されて被検眼Eに照射される。 The fixation index optical system 64 includes a half mirror 22, a projection lens 68, a half mirror 70, a pinhole plate 72, and a fixation target light source 74 in order from a position close to the eye E. The fixation target light source 74 is a light source that emits visible light, such as an LED, and the light beam emitted from the fixation target light source 74 is transmitted through the pinhole plate 72 and the half mirror 70 and then converted into a parallel light beam by the projection lens 68. Then, it is reflected by the half mirror 22 and irradiated to the eye E.
アライメント光学系66は、被検眼Eに近い位置から順にハーフミラー22、投影レンズ68、ハーフミラー70、絞り76、ピンホール板78、集光レンズ80、アライメント光源82が設けられて構成されている。アライメント光源82からは赤外光が発せられるようになっており、かかる赤外光は集光レンズ80により集光されてピンホール板78を通過し、絞り76に導かれる。そして、絞り76を通過した光はハーフミラー70に反射されて、投影レンズ68によって平行光束とされた後に、ハーフミラー22によって反射されて被検眼Eに照射される。 The alignment optical system 66 includes a half mirror 22, a projection lens 68, a half mirror 70, a diaphragm 76, a pinhole plate 78, a condenser lens 80, and an alignment light source 82 in order from a position close to the eye E. . Infrared light is emitted from the alignment light source 82, and the infrared light is collected by the condenser lens 80, passes through the pinhole plate 78, and is guided to the diaphragm 76. The light that has passed through the diaphragm 76 is reflected by the half mirror 70, converted into a parallel light beam by the projection lens 68, reflected by the half mirror 22, and applied to the eye E.
また、観察光学系12上に設けられたハーフミラー26は、アライメント検出光学系84の一部を構成している。 Further, the half mirror 26 provided on the observation optical system 12 constitutes a part of the alignment detection optical system 84.
アライメント検出光学系84は、被検眼Eに近い位置から順にハーフミラー26、位置検出可能なアライメント検出センサ88が設けられて構成されている。そして、アライメント光源82から照射されて、角膜Cで反射された光束が、ハーフミラー26で反射されて、アライメント検出センサ88に導かれるようになっている。 The alignment detection optical system 84 includes a half mirror 26 and an alignment detection sensor 88 capable of detecting the position in order from a position close to the eye E. The light beam emitted from the alignment light source 82 and reflected by the cornea C is reflected by the half mirror 26 and guided to the alignment detection sensor 88.
このような構造とされた装置光学系10は、図2に示す角膜撮影装置100に収容されている。角膜撮影装置100は、ベース102の上に本体部104が設けられており、かかる本体部104の上にケース106が前後左右および上下動可能に設けられて構成されている。ベース102には、電源装置が内蔵されていると共に、操作スティック108が設けられており、かかる操作スティック108を操作してケース106を駆動せしめることが出来るようにされている。また、本体部104には、後述する各制御回路などが収容されていると共に、例えば液晶モニタなどからなる表示画面110が設けられている。 The apparatus optical system 10 having such a structure is accommodated in the cornea photographing apparatus 100 shown in FIG. The cornea photographing apparatus 100 is configured such that a main body 104 is provided on a base 102, and a case 106 is provided on the main body 104 so as to be movable back and forth, right and left, and up and down. The base 102 has a built-in power supply device and is provided with an operation stick 108 so that the case 106 can be driven by operating the operation stick 108. Further, the main body unit 104 accommodates control circuits and the like described later, and a display screen 110 including a liquid crystal monitor, for example.
さらに、図3に示すように、角膜撮影装置100には、ケース106を駆動せしめることによって、装置光学系10を被検眼Eに対して接近乃至は離隔方向に移動せしめる駆動手段が設けられている。これらの駆動手段は例えばラック・ピニオン機構などによって構成されており、本実施形態においては、装置光学系10を図3における上下方向のX方向に駆動せしめるX軸駆動機構112、図3における紙面と垂直のY方向に駆動せしめるY軸駆動機構114、図3における左右方向のZ方向に駆動せしめるZ軸駆動機構116が設けられている。 Further, as shown in FIG. 3, the cornea photographing apparatus 100 is provided with a driving unit that moves the apparatus optical system 10 toward or away from the eye E by driving the case 106. . These driving means are constituted by, for example, a rack and pinion mechanism, and in this embodiment, an X-axis driving mechanism 112 that drives the apparatus optical system 10 in the vertical X direction in FIG. 3, and a paper surface in FIG. A Y-axis drive mechanism 114 that drives in the vertical Y direction and a Z-axis drive mechanism 116 that drives in the left-right Z direction in FIG. 3 are provided.
また、角膜撮影装置100には、装置光学系10による角膜像の撮像の作動制御を行う撮像制御手段としての撮像制御回路117が設けられている。そして、X軸駆動機構112、Y軸駆動機構114、Z軸駆動機構116は、それぞれ、撮像制御回路117に接続されて、撮像制御回路117からの駆動信号に基づいて駆動せしめられるようにされている。また、アライメント検出センサ88は、XYアライメント検出回路118に接続されており、かかるXYアライメント検出回路118は、撮像制御回路117に接続されている。また、ラインセンサ44は、Zアライメント検出回路120に接続されており、かかるZアライメント検出回路120は、撮像制御回路117に接続されている。これにより、アライメント検出センサ88およびラインセンサ44の検出情報が、撮像制御回路117に入力されるようになっている。なお、図示は省略するが、撮像制御回路117は、各照明光源30、40、54、74、82にも接続されており、これらの発光を制御出来るようにされている。 Further, the cornea photographing apparatus 100 is provided with an imaging control circuit 117 serving as an imaging control unit that performs operation control of imaging of the cornea image by the apparatus optical system 10. The X-axis drive mechanism 112, the Y-axis drive mechanism 114, and the Z-axis drive mechanism 116 are connected to the imaging control circuit 117, and are driven based on a drive signal from the imaging control circuit 117. Yes. The alignment detection sensor 88 is connected to an XY alignment detection circuit 118, and the XY alignment detection circuit 118 is connected to an imaging control circuit 117. The line sensor 44 is connected to the Z alignment detection circuit 120, and the Z alignment detection circuit 120 is connected to the imaging control circuit 117. Thereby, detection information of the alignment detection sensor 88 and the line sensor 44 is input to the imaging control circuit 117. In addition, although illustration is abbreviate | omitted, the imaging control circuit 117 is also connected to each illumination light source 30,40,54,74,82, and it can control these light emission.
さらに、角膜撮影装置100には、CCD28が受像した画像が入力されて、かかる画像を取捨選択する画像選択回路122が設けられていると共に、かかる画像選択回路122によって選択された画像を記憶する記憶手段としての記憶装置124が設けられている。 Further, the cornea photographing apparatus 100 is provided with an image selection circuit 122 that receives an image received by the CCD 28 and selects the image, and stores the image selected by the image selection circuit 122. A storage device 124 is provided as a means.
次に、このような構造とされた角膜撮影装置100において、撮像制御回路117が実行する角膜内皮の撮像手順の概略を図4に示し、以降、順に説明する。 Next, in the corneal imaging device 100 having such a structure, an outline of the corneal endothelium imaging procedure executed by the imaging control circuit 117 is shown in FIG.
先ず、S1において、被検眼Eに対して、装置光学系10のX方向およびY方向の位置合わせ(XYアライメント)を行う。かかるXYアライメント時には、固視標光源74から照射された固視標光が被検眼Eに導かれる。そして、被検者にかかる固視標光を固視させることによって、被検眼Eの光軸方向を、観察光学系12の光軸O1の方向と一致させることが出来る。かかる状態下で、観察用光源30、30から照射されて、被検眼Eの前眼部で反射された光束がCCD28上に導かれる。これにより、図5に示すように、表示画面110上に、被検眼Eの前眼部が表示される。 First, in S1, the alignment (XY alignment) of the apparatus optical system 10 in the X direction and the Y direction is performed on the eye E. During such XY alignment, the fixation target light emitted from the fixation target light source 74 is guided to the eye E. Then, by fixing the fixation target light applied to the subject, the optical axis direction of the eye E can be matched with the direction of the optical axis O1 of the observation optical system 12. Under such a state, the light beam irradiated from the observation light sources 30 and 30 and reflected by the anterior eye portion of the eye E is guided onto the CCD 28. As a result, as shown in FIG. 5, the anterior segment of the eye E is displayed on the display screen 110.
さらに、表示画面110上には、例えばスーパーインポーズ信号などによって生成された、矩形枠形状のアライメントパターン125が、被検眼Eに重ねて表示される。それと共に、アライメント光源82から被検眼Eに向けて照射された光束が、被検眼Eの前眼部で反射されて、CCD28に導かれることによって、表示画面110に、点状のアライメント光126として表示されるようになっている。そして、操作者は操作スティック108を操作することによって、装置光学系10を駆動せしめて、アライメント光126がアライメントパターン125の枠内に入るように、装置光学系10の位置を調節する。 Further, on the display screen 110, for example, an alignment pattern 125 having a rectangular frame shape generated by a superimpose signal or the like is displayed over the eye E. At the same time, the light beam emitted from the alignment light source 82 toward the subject eye E is reflected by the anterior eye portion of the subject eye E and guided to the CCD 28, so that the display screen 110 has the dotted alignment light 126. It is displayed. Then, the operator operates the operation stick 108 to drive the apparatus optical system 10 and adjust the position of the apparatus optical system 10 so that the alignment light 126 enters the frame of the alignment pattern 125.
また、アライメント光源82から照射されて、被検眼Eの前眼部で反射された光束の一部は、ハーフミラー26で反射されて、アライメント検出センサ88に導かれるようになっている。なお、アライメント光源82からは被検者に認識されない赤外光束が照射されることによって、被検者の負担が軽減されている。ここにおいて、アライメント検出センサ88は、アライメント光126がアライメントパターン125の枠内に入ると、アライメント光126のX方向の位置とY方向の位置を検出することが出来るようにされている。かかるX方向位置とY方向位置は、XYアライメント検出回路118に入力される。XYアライメント検出回路118は、X方向の位置情報に基づいて観察光学系10の光軸O1が被検眼Eの光軸に近づくようにX軸駆動機構112を駆動すると共に、Y方向の位置情報に基づいて観察光学系10の光軸O1が被検眼Eの光軸に近づくようにY軸駆動機構114を駆動せしめる。これにより、装置光学系10の被検眼Eに対するXY方向の位置合わせが行われる。なお、後述するように、かかるXYアライメントは、撮像中も適宜のタイミングで実施される。また、特に本実施形態においては、アライメント光源82と観察用光源30,30を短時間で交互に点滅せしめると共に、アライメント光源82の点灯タイミングに合わせてアライメント検出センサ88による検出が行われるようになっている。これにより、XYアライメントに際して観察用光源30,30の赤外光束が影響を与えることの無いようにされている。なお、アライメント光源82と観察用光源30,30の点滅はCCD28における受光信号への変換速度よりも高速に行われることから、CCD28の受光信号が出力される表示画面110には、両光源82,30が点滅して認識されることはなく、恰も両光源82,30が連続して点灯しているように認識される。 A part of the light beam irradiated from the alignment light source 82 and reflected by the anterior eye portion of the eye E is reflected by the half mirror 26 and guided to the alignment detection sensor 88. The alignment light source 82 emits an infrared beam that is not recognized by the subject, thereby reducing the burden on the subject. Here, the alignment detection sensor 88 can detect the position of the alignment light 126 in the X direction and the position of the Y direction when the alignment light 126 enters the frame of the alignment pattern 125. The X direction position and the Y direction position are input to the XY alignment detection circuit 118. The XY alignment detection circuit 118 drives the X-axis drive mechanism 112 so that the optical axis O1 of the observation optical system 10 approaches the optical axis of the eye E based on the positional information in the X direction, and uses the positional information in the Y direction. Based on this, the Y-axis drive mechanism 114 is driven so that the optical axis O1 of the observation optical system 10 approaches the optical axis of the eye E to be examined. Thereby, the alignment of the apparatus optical system 10 with respect to the eye E in the XY directions is performed. As will be described later, such XY alignment is performed at an appropriate timing even during imaging. Particularly in the present embodiment, the alignment light source 82 and the observation light sources 30 and 30 are alternately blinked in a short time, and detection by the alignment detection sensor 88 is performed in accordance with the lighting timing of the alignment light source 82. ing. As a result, the infrared light beams of the observation light sources 30 and 30 are not affected during the XY alignment. The blinking of the alignment light source 82 and the observation light sources 30 and 30 is performed at a higher speed than the conversion speed of the CCD 28 into the light reception signal. 30 is not recognized by blinking, and the light source 82, 30 is recognized as being continuously lit.
次に、S2において、Z軸駆動機構116を駆動せしめて、装置光学系10を、被検眼Eに対して接近する方向に前進作動せしめる。このように、本実施形態においては、S2およびZ軸駆動機構116を含んで、撮像前前進制御手段が構成さ
れている。そして、観察用光源54を発光せしめて、観察用光源54から照射された赤外光束を、被検眼Eの角膜Cに対して斜め方向から照射すると共に、角膜Cから反射された光束を、ラインセンサ44によって受光する。特に本実施形態においては、観察用光源54から照射される光束が赤外光束とされていることから、被検者の負担が軽減されている。
Next, in S <b> 2, the Z-axis drive mechanism 116 is driven, and the apparatus optical system 10 is moved forward in a direction approaching the eye E to be examined. Thus, in the present embodiment, the pre-imaging advance control means is configured including S2 and the Z-axis drive mechanism 116. Then, the observation light source 54 is caused to emit light, and the infrared light beam irradiated from the observation light source 54 is irradiated obliquely onto the cornea C of the eye E, and the light beam reflected from the cornea C is Light is received by the sensor 44. In particular, in this embodiment, since the light beam emitted from the observation light source 54 is an infrared light beam, the burden on the subject is reduced.
そして、観察用光源54からの赤外光束は、角膜Cの上皮細胞や角膜実質、角膜内皮など、角膜Cの各層毎に異なる反射光量をもって反射せしめられる。図6に概略的に示すように、観察用光源54からの赤外光束Lは、空気と角膜Cとの境界面となる上皮細胞eでまず反射される。また、上皮細胞eを透過した光束の一部は角膜実質sや角膜内皮enで反射される。そして、上皮細胞eで反射された反射光束e’の光量が最も多く、角膜内皮enで反射された反射光束en’の光量は相対的に小さく、角膜実質sで反射された反射光束s’の光量が最も小さくなる。また、前房aは房水で満たされていることから、前房aでは赤外光束Lは殆ど反射されることはない。 The infrared light beam from the observation light source 54 is reflected with a different amount of reflected light for each layer of the cornea C, such as epithelial cells of the cornea C, corneal stroma, and corneal endothelium. As schematically shown in FIG. 6, the infrared light beam L from the observation light source 54 is first reflected by the epithelial cells e that form the boundary surface between the air and the cornea C. Further, a part of the light beam transmitted through the epithelial cell e is reflected by the corneal stroma s and the corneal endothelium en. The amount of the reflected light beam e ′ reflected by the epithelial cell e is the largest, the amount of the reflected light beam en ′ reflected by the corneal endothelium en is relatively small, and the reflected light beam s ′ reflected by the corneal substance s. The light intensity is the smallest. Further, since the anterior chamber a is filled with aqueous humor, the infrared light beam L is hardly reflected in the anterior chamber a.
これらの反射光束は、ラインセンサ44に検出されて、ラインセンサ44には、図7のような光量分布が検出される。図7において、光量の最も多い第一ピーク部128は、角膜上皮からの反射光を示す。次に光量の多い第二ピーク部130は、角膜内皮からの反射光を示す。そして、撮像制御回路117は、Z軸駆動機構116を駆動せしめて、ラインセンサ44によって検出された角膜上皮の位置から人眼の生理学的な角膜厚みのばらつきを考慮した所定距離:D1だけ、装置光学系10を角膜Cに接近する方向に前進駆動せしめる。なお、角膜上皮からの移動距離は、例えば1000〜1500μmの範囲内で適宜に設定される。これにより、装置光学系10における撮像光学系20の合焦位置は、角膜Cにおける内皮細胞よりも後方に位置せしめられる。そして、かかる角膜上皮から所定距離:D1だけ後方の位置が、装置光学系10の反転位置とされる。 These reflected light beams are detected by the line sensor 44, and the light quantity distribution as shown in FIG. In FIG. 7, the first peak portion 128 having the largest amount of light indicates the reflected light from the corneal epithelium. Next, the second peak portion 130 with the largest amount of light indicates the reflected light from the corneal endothelium. Then, the imaging control circuit 117 drives the Z-axis drive mechanism 116 to set the device at a predetermined distance D1 in consideration of the physiological corneal thickness variation of the human eye from the position of the corneal epithelium detected by the line sensor 44. The optical system 10 is driven forward in a direction approaching the cornea C. The moving distance from the corneal epithelium is appropriately set within a range of 1000 to 1500 μm, for example. Thereby, the focus position of the imaging optical system 20 in the apparatus optical system 10 is positioned behind the endothelial cells in the cornea C. A position behind the corneal epithelium by a predetermined distance: D1 is set as the inversion position of the apparatus optical system 10.
次に、装置光学系10が反転位置に位置せしめられると、S3において、Z軸駆動機構116が反対方向に駆動せしめられて、装置光学系10はZ軸上で被検眼Eから離隔する方向に後退作動せしめられる。このように、本実施形態においては、S3およびZ軸駆動機構116を含んで、反転作動制御手段および撮像時後退制御手段が構成されている。ここにおいて、装置光学系10は、反転位置から後退作動が開始されて、撮像が終了するまでの間に、後退速度が変化せしめられるようになっている。図8に、装置光学系10の後退作動における移動速度の変化を示す。 Next, when the apparatus optical system 10 is positioned at the reversal position, in S3, the Z-axis drive mechanism 116 is driven in the opposite direction, so that the apparatus optical system 10 moves away from the eye E on the Z-axis. It can be operated backwards. As described above, in the present embodiment, the reversal operation control means and the imaging reverse control means are configured including S3 and the Z-axis drive mechanism 116. Here, the apparatus optical system 10 is configured such that the reverse speed is changed from when the reverse operation is started from the inversion position to when the imaging is completed. FIG. 8 shows changes in the moving speed in the backward operation of the apparatus optical system 10.
先ず、前述のように、装置光学系10は、反転位置(図8中、P1)から、後退作動が開始される。かかる後退作動は、例えば、500μm〜3000μm/sec,より好適には2000μm/sec前後の比較的早い速度で行われる。そして、S4において、角膜内皮細胞位置から所定距離:D2(図7参照)だけ後方の位置(図8中、P2)に到達した時点から、観察用光源30,30を消灯せしめると共に、撮像用光源40の発光を開始する。なお、本実施形態においては、角膜内皮細胞からの所定距離:D2は、予め定められた、ラインセンサ44によって検出される光量分布が第二ピーク部130よりもやや小さい所定の閾値となる位置からの離隔距離とされている。また、所定距離:D2の具体値としては、ラインセンサ44の検出精度や被検眼Eの位置ずれ等を考慮して確実に角膜内皮細胞を捉えられるように、或る程度余裕のある値が好ましいが、所定距離:D2が大きくなると撮像用光源40の発光時間が長くなって、被検者の負担を増加せしめることから、所定距離:D2は、200〜500μmの範囲内の値が好適に採用される。また、撮像用光源40は、所定の短い間隔で点滅発光せしめられており、かかる撮像用光源40が消灯せしめられたタイミングで、前記S1におけるXYアライメントが同時に行われるようになっている。 First, as described above, the apparatus optical system 10 starts to move backward from the reverse position (P1 in FIG. 8). Such reverse operation is performed at a relatively high speed of, for example, about 500 μm to 3000 μm / sec, more preferably about 2000 μm / sec. Then, in S4, the observation light sources 30, 30 are turned off and the imaging light source from the time when the position reaches the rear position (P2 in FIG. 8) by a predetermined distance: D2 (see FIG. 7) from the corneal endothelial cell position. 40 light emission starts. In the present embodiment, the predetermined distance from the corneal endothelial cell: D2 is determined from a predetermined threshold at which the light amount distribution detected by the line sensor 44 is slightly smaller than the second peak portion 130. The separation distance is. Further, the specific value of the predetermined distance: D2 is preferably a value having a certain margin so that the corneal endothelial cells can be reliably captured in consideration of the detection accuracy of the line sensor 44 and the positional deviation of the eye E to be examined. However, when the predetermined distance: D2 increases, the light emission time of the imaging light source 40 becomes longer, increasing the burden on the subject. Therefore, the predetermined distance: D2 is preferably a value in the range of 200 to 500 μm. Is done. The imaging light source 40 is flashed at predetermined short intervals, and the XY alignment in S1 is simultaneously performed at the timing when the imaging light source 40 is turned off.
そして、装置光学系10を比較的速い速度で後退作動せしめつつ、S5において、CCD28によって角膜Cの内皮細胞からの反射光が検出された時点(図8中、P3)から、装置光学系10の減速が開始される。S5における内皮細胞からの反射光の検出は、例えば、図9に示すように、CCD28によって撮像された画像132における1本以上(本実施形態においては、5本)の適当な水平線:l1〜l5上の画素の輝度値から、所定値以上の輝度値を有する画素の数に基づいて、角膜内皮細胞からの反射光を検出したと判定する。本実施形態においては、画像132における各画素の輝度値を輝度値1〜輝度値255の255階調(輝度値1が最も暗く、輝度値255が最も明るい)で検出し、内皮反射光のムラを考慮して、画像132上の5本の水平線:l1〜l5上の各画素の輝度値を検出する。そして、水平線:l1〜l5上の各画素において輝度値が25〜255になる画素数をカウントする。なお、輝度値25〜255は、目視で明らかな反射光を認識できる程度の光量である。そして、水平線:l1〜l5においてカウントされた画素数の平均値、或いは、水平線:l1〜l5においてカウントされた画素数のうちの最大値が、角膜内皮上での距離に換算して略30μmにおける反射光量と対応する位置が減速開始点(図8中、P3)とされる。 Then, while the apparatus optical system 10 is moved backward at a relatively high speed, the reflected light from the endothelial cells of the cornea C is detected by the CCD 28 in S5 (P3 in FIG. 8). Deceleration starts. The detection of the reflected light from the endothelial cells in S5 is performed, for example, as shown in FIG. 9, one or more (in this embodiment, five) appropriate horizontal lines in the image 132 taken by the CCD 28: 11 to 15 From the luminance value of the upper pixel, it is determined that the reflected light from the corneal endothelial cell is detected based on the number of pixels having a luminance value equal to or higher than a predetermined value. In the present embodiment, the luminance value of each pixel in the image 132 is detected with 255 gradations (luminance value 1 is the darkest and luminance value 255 is the brightest) from luminance value 1 to luminance value 255, and unevenness of the endothelial reflected light is detected. In consideration of the above, the luminance values of the respective pixels on the five horizontal lines: l1 to l5 on the image 132 are detected. Then, the number of pixels having a luminance value of 25 to 255 in each pixel on the horizontal lines: l1 to l5 is counted. Note that the luminance values 25 to 255 are amounts of light that can recognize reflected light that is clearly visible. And the average value of the number of pixels counted in the horizontal lines: l1 to l5, or the maximum value of the number of pixels counted in the horizontal lines: l1 to l5 is approximately 30 μm in terms of the distance on the corneal endothelium. The position corresponding to the amount of reflected light is the deceleration start point (P3 in FIG. 8).
そして、S5における減速作動が開始されると共に、S6において、CCD28によって検出される角膜内皮像の連続的撮像が開始される。かかる連続的撮像は、所定の時間間隔(例えば、1/30秒)ごとにCCD28によって受像された撮影像(画像)を画像選択回路122に入力することによって行われる。これにより、時間と位置が異ならされた複数の角膜像が画像選択回路122に入力される。そして、かかる連続的撮像と共に、画像選択回路122によって、入力された画像の取捨選択および記憶装置124への記憶が行われるようになっている。このように、本実施形態においては、S6および画像選択回路122を含んで連続的撮像手段および画像選択手段が構成されている。 Then, the deceleration operation in S5 is started, and in S6, continuous imaging of the corneal endothelium image detected by the CCD 28 is started. Such continuous imaging is performed by inputting captured images (images) received by the CCD 28 to the image selection circuit 122 at predetermined time intervals (for example, 1/30 seconds). As a result, a plurality of cornea images having different times and positions are input to the image selection circuit 122. Along with such continuous imaging, the image selection circuit 122 selects the input image and stores it in the storage device 124. Thus, in this embodiment, the continuous imaging means and the image selection means are comprised including S6 and the image selection circuit 122. FIG.
図9および図10に、画像選択回路122における画像の取捨選択方法を例示する。先ず、前述のS5における角膜内皮細胞の検出と同様にして、図9に示すように、CCD28によって取得された画像132における1本以上(本実施形態においては、5本)の水平線:l1〜l5上の各画素の輝度値を取得する。 9 and 10 illustrate an image selection method in the image selection circuit 122. FIG. First, in the same manner as the detection of corneal endothelial cells in S5 described above, as shown in FIG. 9, one or more (in this embodiment, five) horizontal lines in the image 132 acquired by the CCD 28: 11 to 15 Get the brightness value of each pixel above.
そして、図10および数式1に示すように、取得された水平線:l1〜l5の各ラインの画素(X1〜Xn)に対して、水平線:l1〜l5毎にそれぞれ、数式1に基づいて、(i)隣り合う画素の輝度値差の絶対値を求めて、(ii)当該輝度値差の総和を求める。 And as shown in FIG. 10 and Formula 1, with respect to the pixels (X 1 to X n ) of the acquired horizontal lines: l1 to l5, the horizontal lines: l1 to l5 are based on Formula 1, respectively. (I) The absolute value of the luminance value difference between adjacent pixels is obtained, and (ii) the sum of the luminance value differences is obtained.
そして、数式1に基づいて各水平線:l1〜l5ごとに求めた輝度値差の総和の平均値を求める。この値が大きいほど、角膜内皮細胞像がより広い範囲で撮像された画像であると認識される。即ち、図11および前述の図6に概略的に示すように、例えば前房aの撮影画像は、房水で照射光束が透過せしめられて、反射光束が殆ど得られないことから、全体的に暗い画像となる。また、角膜実質sの撮影画像は、角膜実質sが透明とされていることから、前房aと同様に照射光束が透過せしめられて、全体的に暗い画像となる。更に、角膜上皮eでは反射光量が多いことから、全体的に一様な明るい画像となる。従って、これらの部位の画像は、隣接する画素の輝度値の差が小さくなる。これに対して、角膜内皮enでは、内皮細胞の中央部分と細胞壁によるコントラストが明確に現れて、隣接する画素の輝度値の差が大きくなることから、角膜内皮細胞enが広範囲に亘って撮像された画像では、輝度値差の総和が大きくなるのである。そこで、かかる水平線:l1〜l5ごとに求めた輝度値差の総和の平均値が所定値以上となった画像のみを記憶装置124に記憶せしめることによって、角膜内皮細胞像が有効に得られた画像のみを取捨選択することが出来る。 And the average value of the sum total of the luminance value difference calculated | required for each horizontal line: l1-l5 based on Numerical formula 1 is calculated | required. It is recognized that the larger this value is, the wider the range of the corneal endothelial cell image. That is, as schematically shown in FIG. 11 and FIG. 6 described above, for example, in the captured image of the anterior chamber a, the irradiation light beam is transmitted through the aqueous humor and almost no reflected light beam is obtained. The image becomes dark. Further, since the cornea substance s is transparent, the photographed image of the cornea substance s is transmitted through the irradiation light beam in the same manner as the anterior chamber a, and becomes a dark image as a whole. Furthermore, since the amount of reflected light is large in the corneal epithelium e, the entire image becomes bright and uniform. Therefore, in the image of these parts, the difference in luminance value between adjacent pixels becomes small. On the other hand, in the corneal endothelium en, the contrast between the central part of the endothelial cells and the cell wall clearly appears, and the difference in luminance value between adjacent pixels increases, so that the corneal endothelial cell en is imaged over a wide range. In this case, the sum of the luminance value differences becomes large. Therefore, an image in which a corneal endothelial cell image is effectively obtained by storing in the storage device 124 only the image in which the average value of the sum of the luminance value differences obtained for each of the horizontal lines: l1 to l5 is a predetermined value or more. Only can be selected.
なお、特に本実施形態においては、上記判定を行う前に、所定の水平線(例えば、前記水平線:l1〜l5)上において、輝度値が240以上の画素が連続して50μm〜100μm程度の範囲に亘って存在する場合には、かかる画像を排除するようにされている。即ち、画像に角膜上皮の一部が写っている場合、角膜上皮と角膜実質との境界線上で大きな輝度値差が生じる。それ故、角膜内皮細胞との合焦位置が正しく得られない(ピンぼけ)などして、角膜内皮における輝度値差の総和が小さくなった場合に、角膜実質との境界線の影響で輝度値差が大きくなって、角膜上皮が撮像された画像が選択されるおそれがある。従って、上記判断基準を用いることによって、角膜上皮の一部が写った画像を排除出来るようにされている。 In particular, in the present embodiment, before performing the above determination, pixels having a luminance value of 240 or more are continuously within a range of about 50 μm to 100 μm on a predetermined horizontal line (for example, the horizontal lines: 11 to 15). If it exists, the image is excluded. That is, when a part of the corneal epithelium is shown in the image, a large luminance value difference occurs on the boundary line between the corneal epithelium and the corneal stroma. Therefore, if the sum of the luminance value difference in the corneal endothelium becomes small because the in-focus position with the corneal endothelial cell cannot be obtained correctly (out of focus), the luminance value difference is affected by the boundary line with the corneal stroma. May increase, and an image obtained by imaging the corneal epithelium may be selected. Therefore, by using the above judgment criterion, an image showing a part of the corneal epithelium can be excluded.
次に、S5において減速作動が開始されて、後述する比較的遅い速度に達した時点(図8中、P4)から、装置光学系10はかかる一定の比較的遅い速度で後退作動せしめられる。そして、減速が完了した時点から、更に所定範囲(図8中、P4〜P6)に亘って、S6における連続的撮像および画像の取捨選択が行われる。なお、かかるP4〜P6の範囲内に、角膜内皮細胞との合焦位置(図8中、P5)も含まれることとなる。 Next, the deceleration operation is started in S5, and the apparatus optical system 10 is moved backward at such a relatively slow speed from a time point (P4 in FIG. 8) when a relatively slow speed described later is reached. Then, continuous imaging and image selection in S6 are performed over a predetermined range (P4 to P6 in FIG. 8) from the time when deceleration is completed. Note that the in-focus position with the corneal endothelial cell (P5 in FIG. 8) is also included in the range of P4 to P6.
ここにおいて、S5における減速が完了する比較的遅い移動速度は、低速で移動しつつ連続的撮像を行う範囲(図8中、P4〜P6)とCCD28による画像の取り込み時間や撮像枚数等を考慮して適宜に決定される。例えば、低速で移動して連続的撮像を行う範囲としては、被検眼Eの微動などを考慮して、200μm以上の範囲が好適に採用され得る。そして、CCD28の画像取り込み時間が1枚あたり1/30秒で、連続的撮像の範囲が200μmとすると、10枚撮像する場合には600μm/sec、20枚撮像する場合には300μm/sec、30枚撮像する場合には200μm/sec、40枚撮像する場合には150μm/sec、50枚撮像する場合には100μm/secに設定される。従って、連続的撮像によって確実に角膜内皮撮影像を取得するためには、100〜300μm/secの速度が好適に採用される。このように、本実施形態においては、CCD28による画像取り込み時間が略一定とされて、装置光学系10の移動速度が変化せしめられることによって、連続的撮像による撮像枚数が調節されているが、例えば、装置光学系10の移動速度を一定にして、S5における角膜内皮からの反射光の検出に基づいて、CCD28による画像取り込み時間の間隔を異ならせることによって、撮像枚数を調節することなどしても良いし、それら移動速度や取り込み時間の両方を制御する等しても良い。 Here, the relatively slow moving speed at which the deceleration in S5 is completed takes into consideration the range in which continuous imaging is performed while moving at a low speed (P4 to P6 in FIG. 8), the time for capturing images by the CCD 28, the number of images to be captured, and the like. It is determined appropriately. For example, as a range in which continuous imaging is performed by moving at a low speed, a range of 200 μm or more can be suitably adopted in consideration of the fine movement of the eye E to be examined. Then, assuming that the image capture time of the CCD 28 is 1/30 second per sheet and the continuous imaging range is 200 μm, 600 μm / sec when capturing 10 images, 300 μm / sec when capturing 20 images, 30 200 μm / sec is set when capturing a single image, 150 μm / sec when capturing 40 images, and 100 μm / sec when capturing 50 images. Therefore, a speed of 100 to 300 μm / sec is preferably employed in order to reliably acquire a corneal endothelium image by continuous imaging. As described above, in the present embodiment, the image capturing time by the CCD 28 is made substantially constant, and the moving speed of the apparatus optical system 10 is changed, whereby the number of images captured by continuous imaging is adjusted. The number of images to be captured may be adjusted by changing the interval of image capturing time by the CCD 28 based on the detection of the reflected light from the corneal endothelium in S5 with the moving speed of the apparatus optical system 10 constant. It is also possible to control both the moving speed and the capture time.
そして、低速移動および連続的撮像の開始位置(図8中、P4)から、所定距離(例えば、本実施形態においては200μm)だけ後退移動した時点(図8中、P6)で、S7において、加速が開始されて、装置光学系10は、減速が開始される前の速度にまで加速せしめられる。なお、かかる加速開始位置の決定基準としては、移動距離のみならず、例えば、前述のS5における角膜内皮反射光の検出手順と同様の方法に従って、角膜内皮反射光が検出されなくなった段階で加速を開始したり、撮像開始から所定時間が経過した段階で加速を開始したりしても良いし、それらを適宜に組み合わせて用いるなどしても良い。 Then, at a time point (P6 in FIG. 8) that has moved backward by a predetermined distance (for example, 200 μm in the present embodiment) from the start position of low-speed movement and continuous imaging (P4 in FIG. 8), acceleration is performed in S7. Is started, and the apparatus optical system 10 is accelerated to the speed before the deceleration is started. Note that, as a criterion for determining the acceleration start position, not only the moving distance but also acceleration is performed at the stage where the corneal endothelial reflected light is not detected according to the same method as the detection procedure of the corneal endothelial reflected light in S5 described above, for example. The acceleration may be started or acceleration may be started when a predetermined time has elapsed from the start of imaging, or may be used in combination as appropriate.
そして、装置光学系10が加速せしめられて、減速が開始される前の比較的速い速度に達すると(図8中、P7)、S8において、被検眼Eの微動などを考慮して、例えば100μm程度後退せしめられた後に、後退作動を停止すると共に、撮像用光源40を消灯して、撮像を終了する(図8中、P8)。 When the apparatus optical system 10 is accelerated and reaches a relatively fast speed before decelerating is started (P7 in FIG. 8), in S8, for example, 100 μm is considered in consideration of the fine movement of the eye E. After being retracted to a certain extent, the backward operation is stopped, the imaging light source 40 is turned off, and imaging is terminated (P8 in FIG. 8).
ここで、S6において連続的に撮像され取得した複数の画像は、角膜内皮細胞位置のZ座標(被検眼の前後方向)が連続して変化して取得される、Z座標位置の異なる複数の角膜内皮細胞画像である。 Here, the plurality of images continuously captured and acquired in S6 are acquired by continuously changing the Z coordinate of the corneal endothelial cell position (the front-rear direction of the eye to be examined), and the plurality of corneas having different Z coordinate positions. It is an endothelial cell image.
図12は撮像照明光学系14と撮像光学系20からなる角膜内皮細胞画像連続撮影時における、撮影される角膜内皮細胞(en)の位置を説明するための説明図である。(a)は撮像光学系における合焦位置が光軸O1上の角膜内皮細胞位置より後方にある時に撮像される被検眼の角膜内皮細胞位置を示したものであり、(b)は撮像光学系における合焦位置が光軸O1上の角膜内皮細胞位置にある時に撮像される被検眼の角膜内皮細胞位置を示したものであり、(c)は撮像光学系における合焦位置が光軸O1上の角膜内皮細胞位置より前方にある時に撮像される被検眼の角膜内皮細胞位置を示したものである。そして、(d)は(a)の、(e)は(b)の、(f)は(c)の各々の位置で撮像された角膜内皮細胞画像である。装置光学系10が被検眼の角膜Cから順次離れていく(Z軸方向に後退する)に従い、撮像される被検眼の角膜内皮細胞enの位置がX軸方向(図12では下方向)に移動していくことがわかる。(実際には、撮像用光源40の光束は角膜Cへの入射時及び内皮細胞からの反射光束が角膜Cから放射時に、角膜上皮eで少し屈折されるが、説明をわかりやすくするため、屈折状態は省略されている。) FIG. 12 is an explanatory diagram for explaining the position of a corneal endothelial cell (en) to be imaged during continuous imaging of a corneal endothelial cell image including the imaging illumination optical system 14 and the imaging optical system 20. (A) shows the corneal endothelial cell position of the eye to be imaged when the in-focus position in the imaging optical system is behind the corneal endothelial cell position on the optical axis O1, and (b) shows the imaging optical system. 2 shows the corneal endothelial cell position of the eye to be imaged when the in-focus position is at the corneal endothelial cell position on the optical axis O1, and (c) shows the in-focus position in the imaging optical system on the optical axis O1. 2 shows the corneal endothelial cell position of the eye to be imaged when it is in front of the corneal endothelial cell position. (D) is a corneal endothelial cell image captured at each position in (a), (e) in (b), and (f) in (c). As the apparatus optical system 10 sequentially moves away from the cornea C of the eye to be examined (retreats in the Z-axis direction), the position of the corneal endothelial cell en of the eye to be imaged moves in the X-axis direction (downward in FIG. 12). I can see that (In practice, the luminous flux of the imaging light source 40 is slightly refracted by the corneal epithelium e when incident on the cornea C and when the reflected luminous flux from the endothelial cells is emitted from the cornea C. The state is omitted.)
つまり、本発明の一実施形態における、角膜内皮細胞画像連続撮影においては、撮像光学系における合焦位置をZ軸方向に移動しながら連続的に角膜内皮細胞画像を取得することにより、図13(a)に示すように、被検眼の角膜内皮細胞位置がX軸方向(被検眼においては左右方向)に連続的にずれた、X座標の位置が異なる角膜内皮細胞画像が取得され、保存される。 That is, in corneal endothelial cell image continuous imaging in one embodiment of the present invention, by continuously acquiring corneal endothelial cell images while moving the focus position in the imaging optical system in the Z-axis direction, FIG. As shown in a), corneal endothelial cell images with different X-coordinate positions obtained by continuously shifting the corneal endothelial cell position of the eye to be examined in the X-axis direction (left-right direction in the eye to be examined) are acquired and stored. .
そして、取得したこれら複数の角膜内皮細胞画像を重ね合わせて合成する合成処理を行うことにより、図13(b)に示すような、特に被検眼に対して左右方向に広がる広範囲な角膜内皮細胞画像が生成され得るのである。 Then, by performing a synthesis process for superposing and synthesizing the acquired plurality of corneal endothelial cell images, a wide-ranging corneal endothelial cell image that spreads in the left-right direction, particularly with respect to the eye to be examined, as shown in FIG. 13B. Can be generated.
連続して取得された複数の角膜内皮細胞画像は、理想的にはY座標のずれが0(ゼロ)であるが、実際には、Z軸方向に移動する際、多少Y軸方向にもずれが生じるため、これら複数の角膜内皮細胞画像を重ね合わせる際には、各角膜内皮細胞画像間におけるXY座標の相対位置を算出し、算出された相対位置に基づいて重ね合わせる必要がある。 In a plurality of corneal endothelial cell images acquired continuously, the Y-coordinate deviation is ideally 0 (zero). However, in actuality, when moving in the Z-axis direction, it is slightly shifted in the Y-axis direction. Therefore, when these corneal endothelial cell images are superimposed, it is necessary to calculate the relative position of the XY coordinates between the corneal endothelial cell images and to superimpose based on the calculated relative position.
図14は、連続して取得された複数の角膜内皮細胞画像から広範囲な角膜内皮細胞画像を合成してその合成画像が表示されるまで手順の示したフローチャートである。 FIG. 14 is a flowchart showing a procedure until a wide range of corneal endothelial cell images are synthesized from a plurality of continuously acquired corneal endothelial cell images and the synthesized image is displayed.
最初に、連続して取得された複数の角膜内皮細胞画像の各々の画像に対し、内皮細胞領域部分に対してエッジ処理を実施する(S10)。エッジ処理は、画像処置で一般的に実施される2値化処理や平滑処理など適宜行う。 First, edge processing is performed on the endothelial cell region portion with respect to each of a plurality of corneal endothelial cell images acquired successively (S10). The edge processing is appropriately performed, such as binarization processing and smoothing processing that are generally performed in image processing.
次に、S10でエッジ処理された角膜内皮細胞画像の各々に対して、角膜内皮細胞壁を抽出する細胞壁抽出処理を実施する(S11)。これにより、角膜内皮細胞画像の中の1つ1つの細胞形状を線描され、決定される。 Next, a cell wall extraction process for extracting a corneal endothelial cell wall is performed on each corneal endothelial cell image edge-processed in S10 (S11). Thereby, each cell shape in the corneal endothelial cell image is drawn and determined.
次に、S11で抽出された細胞壁を用いて各々の画像のXY座標の相対位置を算出する(S12)。各角膜内皮細胞画像間におけるXY座標の相対位置を算出する方法については、従来から行われているような様々な方法を用いることができる。 Next, the relative position of the XY coordinates of each image is calculated using the cell wall extracted in S11 (S12). As a method of calculating the relative position of the XY coordinates between the corneal endothelial cell images, various methods as conventionally performed can be used.
例えば、画像処置において一般的に用いられる2次元パターンマッチング処理を用いてもよい。2次元パターンマッチング処理を実施することにより正確なXY座標の相対位置を算出することができる。又は、取得した複数の角膜内皮細胞画像の中に存在する特徴的な部位を検出し、その特徴的な部位の位置からXY座標の相対位置を算出してもいい。 For example, a two-dimensional pattern matching process generally used in image processing may be used. By performing the two-dimensional pattern matching process, an accurate relative position of the XY coordinates can be calculated. Alternatively, a characteristic part existing in the acquired plurality of corneal endothelial cell images may be detected, and the relative position of the XY coordinates may be calculated from the position of the characteristic part.
次に、S12で算出された各角膜内皮細胞画像間におけるXY座標の相対位置に基づいて各画像をXY平面状に配置し(S13)、各画像を重ね合わせる(S14)。 Next, based on the relative position of the XY coordinates between the corneal endothelial cell images calculated in S12, the images are arranged in an XY plane (S13), and the images are superimposed (S14).
そして、S14で重ね合わされた各画像を合成する(S15)。合成方法としては、重ね合わせた状態で単純に加算処理を行ってもよい。加算処理を行うことにより、最終的に得られる広範囲な角膜内皮細胞画像のS/N比が向上し、高コントラストな細胞画像を得ることができる。 Then, the images superimposed in S14 are synthesized (S15). As a synthesis method, addition processing may be simply performed in a superposed state. By performing the addition process, the S / N ratio of a wide-range corneal endothelial cell image finally obtained is improved, and a high-contrast cell image can be obtained.
また、複数の画像で重なり合った領域部分について、各々の画像の重なり合った領域部分の輝度情報(例えば隣合った画素間の画素値の差分の合計値)を取得し、その輝度情報から、重なり合った領域部分については、選択された1つの画像を用いて合成するようにしてもよい。つまり、重なり合う領域部分について最良の画像を選択して、選択した画像を用いて合成することにより、品質の高い広範囲な角膜内皮細胞画像を得ることができる。 In addition, with respect to the overlapping area portions in a plurality of images, the luminance information of the overlapping area portions of each image (for example, the total value of the pixel value differences between adjacent pixels) is obtained, and the overlapping information is obtained from the luminance information. The region portion may be synthesized using one selected image. That is, it is possible to obtain a wide range of corneal endothelial cell images with high quality by selecting the best image for the overlapping region and synthesizing using the selected image.
または、上記各々の画像の重なり合った領域部分の輝度情報から、所定の条件を備えた画像を選択し、選択された1つ以上の画像について重なり合った領域部分の輝度値を平均化して、合成画像に用いてもよい。この方法を用いることにより、品質の高い広範囲な角膜内皮細胞画像を得ることができる。 Alternatively, an image having a predetermined condition is selected from the luminance information of the overlapped area portions of the respective images, and the luminance values of the overlapped area portions are averaged for the selected one or more images. You may use for. By using this method, a wide range of high quality corneal endothelial cell images can be obtained.
最後に合成処理により生成された広範囲な角膜内皮細胞画像を表示画面110に表示する(S16)。 Finally, a wide-range corneal endothelial cell image generated by the synthesis process is displayed on the display screen 110 (S16).
以上、本発明の一実施形態について詳述してきたが、かかる実施形態における具体的な記載によって、本発明は、何等限定されるものでなく、当業者の知識に基づいて種々なる変更、修正、改良等を加えた態様で実施可能であり、また、そのような実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限り、何れも、本発明の範囲内に含まれるものであることは、言うまでもない。 As mentioned above, although one embodiment of the present invention has been described in detail, the present invention is not limited in any way by the specific description in the embodiment, and various changes, modifications, and modifications based on the knowledge of those skilled in the art. Needless to say, the present invention can be implemented in a mode with improvements and the like, and all such modes are included in the scope of the present invention without departing from the gist of the present invention.
例えば、エッジ処理する領域も内皮細胞領域全域であってもいいし、予め決めた所定領域でもいい。所定領域は、例えば、位置が隣合う画像の重なリ合う領域を所定領域としてもよい。 For example, the edge processing region may be the entire endothelial cell region or a predetermined region determined in advance. The predetermined area may be, for example, an overlapping area of images whose positions are adjacent to each other.
また、上記実施例では、XY座標の相対位置を算出する方法を開示したが、上記複数の角膜内皮細胞画像を取得する際に、アライメント検出センサ88から得られるXY座標位置を同時に保存してもよい。角膜内皮細胞画像を取得する際にXY座標位置を同時に保存することにより、各々の画像のXY座標の相対位置を算出することなく、各々の画像を重ね合わせることも可能である。また、このようなXY座標位置情報を用いることにより、上記に従うXY座標の相対位置算出方法でXY座標の相対位置算出する際、より容易にXY座標の相対位置が算出できる。 In the above-described embodiment, the method for calculating the relative position of the XY coordinates is disclosed. However, when the plurality of corneal endothelial cell images are acquired, the XY coordinate positions obtained from the alignment detection sensor 88 may be stored simultaneously. Good. By simultaneously storing the XY coordinate positions when acquiring a corneal endothelial cell image, it is possible to superimpose the images without calculating the relative positions of the XY coordinates of the images. Also, by using such XY coordinate position information, the relative position of the XY coordinates can be calculated more easily when the relative position of the XY coordinates is calculated by the relative position calculation method of the XY coordinates according to the above.
10・・装置光学系、12・・観察光学系、14・・撮像照明光学系、16・・位置検出光学系、18・・位置検出照明光学系、20・・撮像光学系、28・・CCD、30・・観察用光源、40・・撮像用光源、44・・ラインセンサ、54・・観察用光源、64・・固視標光学系、66・・アライメント光学系、74・・固視標光源、82・・アライメント光源、84・・アライメント検出光学系、88・・アライメント検出センサ 10 .... Device optical system, 12 .... Observation optical system, 14 .... Imaging illumination optical system, 16 .... Position detection optical system, 18 .... Position detection illumination optical system, 20 .... Imaging optical system, 28 .... CCD , 30 .. Light source for observation, 40 .. Light source for imaging, 44 .. Line sensor, 54 .. Light source for observation, 64 .. Fixation target optical system, 66 .. Alignment optical system, 74. Light source, 82..Alignment light source, 84..Alignment detection optical system, 88..Alignment detection sensor
Claims (4)
それら照明光学系及び撮像光学系を全体として該被検眼に対して接近乃至は離隔方向に移動させて合焦せしめる駆動手段を備えた角膜撮影装置において、
装置本体を接近乃至は離隔方向に移動中に複数回発光させて、前後位置(Z軸座標)が異なる複数の撮像画像を取得し、取得した複数の撮像画像において、内皮細胞領域全域又は画像の重なり合う領域において細胞壁を抽出する抽出手段と、
抽出手段から抽出した細胞壁から複数の撮像画像間におけるXY座標の相対位置を算出する算出手段と、
算出手段から求めた相対位置に基づいて前記複数の撮像画像を重ね合わせて、広範囲画像を生成する生成手段とを備えたことを特徴とする角膜撮影装置。
An imaging optical system including an illumination optical system including an illumination light source that irradiates the slit light beam obliquely to the eye to be examined, and a photoelectric element that receives a reflected light beam from the cornea of the eye to be examined by the slit light beam and captures a corneal image And
In the cornea photographing apparatus provided with a driving unit that moves the illumination optical system and the imaging optical system as a whole toward or away from the eye to be in-focus,
The apparatus main body is caused to emit light a plurality of times while moving in the approaching or separating direction, and a plurality of captured images having different front and rear positions (Z-axis coordinates) are acquired . Extraction means for extracting cell walls in the overlapping region ;
Calculating means for calculating a relative position of XY coordinates among a plurality of captured images from the cell wall extracted from the extracting means;
A cornea imaging apparatus comprising: a generating unit that generates a wide range image by superimposing the plurality of captured images based on a relative position obtained from a calculating unit.
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